回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装的应用与评价*

.福州出入境检验检疫局；. 福州西门特工业自动化设备有限公司 朱晓南 江信健 陈枝华 王友强 郑家慧 郑 荔 赵凌云



回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装的应用与评价*

1.福州出入境检验检疫局；2. 福州西门特工业自动化设备有限公司 朱晓南1江信健1陈枝华1王友强1郑家慧1郑 荔1赵凌云2

该文分析了目前出境木质包装的现状，针对热处理能耗较大、成本较高等问题，研发设计了热能自动回收装置，将原来作为废气排放的窑炉高温烟气加以利用，通过伺服自动控制系统实现自动热处理，达到降低成本、节约能源、降低能耗、低碳环保的目的。

木质包装 热处理 检疫 陶瓷 热能回收

在国际贸易中，对货物起承载和支撑作用的木质包装是一种被广泛使用的包装材料，据联合国粮食及农业组织（FAO）调查，全球进出口贸易中约有70％的商品使用木质包装材料。我国是世界出口贸易大国，进出口贸易总额居世界第一，出口商品中有1/3以上使用了木质包装，涉及的商品类别广、出口国家多，对我国外贸具有重大影响。

木质包装往往由新鲜木材加工而成，极易携带天牛、蠹虫、白蚁、树蜂等重要林木害虫，如果不经除害处理，将成为林木害虫传播扩散的重要载体和介质。因此，有关国际组织和各国政府纷纷研究对策、出台措施，加强对木质包装携带有害生物的控制。2002年3月，国际植物保护公约组织（IPPC）发布国际植物检疫措施标准第15号（ISPM15），要求以原木为原料加工的木质包装物须进行检疫除害处理，并加施国际通行的IPPC标识，成员国将在口岸对出入境木质包装物实施检疫查验监管，以防止植物检疫性有害生物随木质包装在国际间传播[1]。我国是IPPC成员国，遵守国际公约是我国政府应尽的责任和义务。为此，2005年，国家质检总局发布第69号令，明确对未按规定的方法进行除害处理的货物木质包装，不准进出境。

福建是进出口贸易大省，2013年的进出口总额位列全国第七。陶瓷产品是福建出口商品中重要的一类，包括瓷砖和电瓷产品等，主要集中在闽清和晋江等地区，每年约出口3万批次、货值达4亿美元。由于陶瓷属于易碎品，出口时需要完善的木质包装保护。福建每年装运陶瓷产品出口的20'集装箱约有18万多个，所需的木质包装约为361万件。木质包装成本在出口陶瓷成本中占有一定比重，在近年外贸形势不乐观的背景下，出口陶瓷利润下降，企业千方百计设法降低成本，如果能够有效降低木质包装的成本，将有利于陶瓷产业和地方经济的发展。为此，福州出入境检验检疫局申报立项研发了“回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装系统”，在陶瓷出口企业试点应用，取得了良好效果。

1 我国出境木质包装除害处理现状

1.1 除害处理方式

ISPM 15中批准的木质包装除害处理措施有2种：溴甲烷熏蒸处理和热处理。由于溴甲烷是一种消耗臭氧层的物质，IPPC在该标准中指出，“鼓励国家植保机构推动使用本标准批准的其他处理措施。使用溴甲烷应当考虑植物检疫措施委员会有关替代或减少使用溴甲烷作为植物检疫措施（植物检疫措施委员会，2008）的建议”，一些国家和地区已经禁止了含溴甲烷成分的木质包装进境。另外，由于溴甲烷价格高、除害处理设施条件要求严，而热处理具有安全性高、相对环保、处理效果稳定等优点，所以热处理将逐渐取代溴甲烷熏蒸处理[2]。

木质包装热处理技术来源于木材干燥技术。将木质包装置于热处理窑内，通过人工调节干燥介质（空气、过热蒸汽等）的温度、湿度和气流循环速度，利用高温高湿作用，杀灭木质包装携带的各类有害生物，并通过干燥处理将木材含水率控制在一定程度，防止有害生物再次感染[3-4]。

1.2 木质包装热处理存在的问题

1.2.1成本居高不下

传统木质包装热处理使用木头、煤炭、柴油、天然气等资源作为热源，需要人工手动调节控制干燥介质的温度、湿度和气流循环速度等，这些成本约占热处理成本的80%。近年来，随着国内原材料价格和人工成本的不断上涨，传统的热处理工艺成本水涨船高，成为热处理企业发展的阻碍。成本增加导致木质包装出厂价格上涨，进而增加出口企业负担，对我国的出口贸易造成不利影响。

1.2.2破坏自然环境

一方面，一些企业为了降低成本，在明知林业部门禁止砍伐、运输木材的情况下，铤而走险违规运输、使用非正常渠道的木材燃料，对我国的林业资源造成严重破坏。以福建闽清为例，每年以木头为热源产生的热能相当于砍伐近万棵胸径20cm、高6m的树木；另一方面，热处理燃烧过程中，特别是木头和煤炭燃烧后，产生大量的可吸入颗粒物，严重污染空气，许多地方的环保部门已经明令禁止使用木头作为燃料，但一些企业在利益驱使下，仍然在夜间生产，偷排废气。

1.2.3行业良莠不齐

木质包装除害处理技术含量相对较低，企业入门门槛低，各企业的生产条件、技术能力差距很大，给确保我国出境木质包装的质量和检验检疫部门监督管理造成困难。有的企业为了抢占市场，违规操作，降低成本，蓄意压低价格，进行恶性竞争；有的企业之间结成行业联盟，垄断市场，抬高价格，谋取暴利。这些都不利于稳定我国外贸出口、促进外向型经济发展。

2 回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装

中国是陶瓷生产大国和出口大国，出口陶瓷涉及工艺陶瓷、日用陶瓷、工业陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷等。经估算，全国出口陶瓷行业每年用于木质包装除害处理的费用高达1.8亿元。

为了有效降低出口陶瓷企业木质包装成本，确保木质包装除害处理效果，保护我国生态资源、林木资源和旅游资源，福州出入境检验检疫局在大量走访调研辖区出口陶瓷企业生产经营状况的基础上，创新性提出了回收陶瓷生产剩余热能用于木质包装除害处理的技术理论。经国家质检总局立项，成功设计研发了“回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装系统”。该系统通过回收陶瓷生产剩余热能，经自动化控制设备，调整进风量，从而达到减少能源浪费，提高热源利用效率，保证除害处理效果的目的。该系统具有以下功能：（1）在引风机的动力作用下，通过管道将收集的陶瓷窑炉废气注入热处理窑内；（2）利用研发的智能仪表装置，根据预先设置好的工艺条件和现场采集的温度数据，控制变频器输出指令，从而控制引风机的启停和转速，以达到节能减排的效果；（3）智能仪表将现场数据实时传输给上位机，由上位机记录存储，用户可以实时观察窑内情况，随时调取历史记录。

3 效益评价

回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装系统已经在福建闽清地区的4家陶瓷生产企业（分别以A、B、C、D表示）试点应用，取得了显著的经济和社会效益，见表1。

3.1 经济效益

3.1.1木材节约情况

表1 陶瓷生产企业木材节约情况

仅这4家企业每年节约木材约38.5万kg，按含水杂木平均比重723kg/m3，以胸径在20cm，6m长的木材体积约为0.2m3换算，每年将少砍伐近2663棵树，以其他燃料计算，相当于节约了16.56万kg标准煤，46.36万m3煤气，13.63万m3天然气，11.25万kg汽油，大大保护了福建宝贵的森林资源，降低了能源消耗。

3.1.2电能节约情况

本系统设计采用了变频节能电机，并从软件上加入了节能控制模块，可以根据现场采集的温、湿度数据，对照预先设定的工艺要求，实时调控引风机的启停和转速，较传统的定速引风机节能效率达到18%，每窑可以节约7.95kWh电能，试点的4家企业每年可节约3259.5 kWh电能。

3.1.3人工节约情况

由于采用了全自动化的电气控制系统，操作人员只需开启系统，然后该系统将进行自动化的除害处理，全程不需要人为进行任何操作，热处理结束后系统将自动关闭。每窑节约10h的人工，试点的4家企业每年可节约4100h的人工成本。

3.1.4总体成本节约情况

以装载陶瓷的木托盘为例，传统的热处理成本约为10元/件，采用回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装系统后，热源采用陶瓷窑炉生产的废气，这部分成本可以忽略不计，其他成本，包括电能和人工，约为5元/件，较传统的处理方式节约50%，试点的4家企业每年可节约102.5万元成本。

3.2 生态效益

采用燃烧木材进行热处理的方式对大气造成极大污染，其排放的烟尘（含PM2.5颗粒）和气体（含NOx，CO）等对人类和环境均造成较大伤害。以如上4家企业为例，原来热处理每年需要燃烧木材38.5万kg，按木材产生烟尘系数37.6g/kg、工业废气6.24m3/kg（第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册第10分册）计算，采用新系统后，仅以上4家企业每年就减排烟尘1.45万kg，废气240.24万m3。

使用本项目装置则完全避免了燃烧木材等对环境的污染。企业在木质包装热处理方面使用的是陶瓷生产的多余热能，使该项目在推广使用后实现了零附加排放，达到了减排的最大效益，按闽清近300家陶瓷生产企业计算，每年将减少烟尘的排放近108.57万Kg，废气1.8亿m3。

3.3 社会效益

出境木质包装热处理新工艺的应用与推广，强化了市场竞争，打破了热处理企业区域垄断局面，使木质包装热处理价格回归合理，顺应了地方政府和企业的呼吁和诉求，带动行业健康有序发展，为引导出口企业自觉、规范使用木质包装奠定了良好基础，获得地方政府和出口企业的一致支持。

4 创新点

传统的木质包装热处理是直接利用燃烧木头、煤炭、柴油、天然气等产生高温烟气，通过散热器使窑体升温，以湿空气为介质对窑内出境木质包装进行热处理，并保持一定时间，达到对木质包装的除害处理效果。而“回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装系统”利用回收的陶瓷窑炉废气进行木质包装热处理，通过改进传统热处理装置结构，直接回收利用陶瓷生产中排放的300℃高温烟气余热，通过自动化控制系统调控温度，达到既满足除害处理要求，又降低成本、节能环保、降耗减排的目的。

该系统具有以下创新意义：一是结构创新。结构上首次从陶瓷生产窑体的缓冷段取气，并通过循环风机将热气导入热处理窑，实现木质包装除害处理系统、热气回收装置和机电自动控制系统三者无缝对接，通过自动化控制系统实现对陶瓷窑炉取气、热处理过程的监控，达到木质包装热处理的最佳效果。二是技术创新。采用动态频率阶段控温法，将采集到的数据与工艺要求进行比较，控制变频器的输出频率和启停，调整电机的运行频率，并保持指定的时间，从而控制引风机的风量，使木芯温度和干球温度达到工艺要求的设置温度值，达到了节能增效的目的。三是应用创新。目前国内外对陶瓷窑炉的热能回收利用研究主要集中在将余热重新收集返回到窑炉中作为烘干坯件的热源、作为助燃空气以提高窑炉本身的热效率或者作为锅炉的热源进行使用，本研究装置首次将窑炉余热作为陶瓷木质包装的检疫热处理，通过窑炉尾气对处理的木质包装进行热处理，达到对木质包装进行检疫除害的目的。

5 结论

回收陶瓷生产剩余热能处理木质包装系统将热气回收装置、热处理窑和电气控制系统三者无缝对接，形成了三位一体的整套技术解决方案，能够满足陶瓷生产企业利用剩余热能进行木质包装除害处理的要求。该系统造价成本低，经济收益大，在福建闽清应用以来，取得了显著的经济效益、生态效益和社会效益，在全国同类出口商品中具有很大的应用推广空间。

[1] 黄冠胜. 国际植物检疫措施标准汇编[M]. 北京：中国标准出版社，2010.

[2] 景卿. 浅谈国际贸易中木质包装的除害处理方式[J]. 商场现代化，2012（9）：11.

[3] 杨光，吴新华，季健清，等. 出境木质包装热处理设施及其应用现状[J]. 植物检疫，2010，24（3）：65-67.

[4] 郑文华，杨伟东，林朝森. 深圳口岸出口木质包装热处理[J]. 植物检疫，2000（1）：37-39.

国家质检总局科技计划项目（2013IK124）。