摘要：近几年来，陶瓷行业面临着空前的环保压力。2013年底，国家工信部公布《建筑卫生陶瓷行业准入门槛》，目的就是调整建陶产业发展方式，向节能环保方向转变。尤其今年围绕着《陶瓷工业污染物排放标准》(GB25464-2010)的激烈讨论更是将陶瓷污染治理推到了风口浪尖，标准的实施与否直接关乎着建陶产业的“生死存亡”。由此可见，在当前节能减排形势如此严峻的大环境之下，中国陶瓷行业必须走出一条属于自身可持续发展的道路才能得以生存。然而在整个陶瓷生产制造过程中，干燥与烧成工序的能耗所占整个能耗的80%左右，显然陶瓷窑炉的改造升级对陶瓷行业的节能减排起着至关重要的作用。本文通过对提高陶瓷窑炉热效率的途径进行分析，祈望能为行业的低碳环保发展之路提供借鉴。
关键词：陶瓷；窑炉；热效率
1窑炉结构的优化
窑炉是陶瓷企业最关键的热工设备，也是耗能最大的设备。但是，窑炉能耗的水平主要取决于窑炉的结构和烧成技术。其中，窑炉的结构是根本，烧成技术是保证。如果没有一个良好的窑炉设计，要想提高烧成技术在某种程度上说是非常困难的，甚至无能为力。回顾陶瓷发展史，经历了从倒焰窑到隧道窑再到辊道窑的过程，陶瓷烧成热效率的提高无不是陶瓷窑炉结构的改进所为之。当然，良好的窑炉结构也需要先进的烧成技术与之匹配。
1.1窑炉内高的优化
从烧成质量控制、节能降耗的角度分析，窑内高度越低越好。这主要是因为随着窑炉内高的降低，单位制品热耗和窑墙散热就会减少。如当辊道窑内高由1.2m降低0.2m时，热耗减少4.43%，窑壁散热降低33.2%。窑内高度的增加会引起通道内温度分层，增大窑内热气流的上、下分层，导致窑内上下温差过大。
1.2窑炉内宽的优化
随着窑炉内宽的增大，单位制品耗热和窑墙散热减少。如当辊道窑内宽从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%，内宽的增大还提高了烧成制品的产量。故在一定范围内，窑越宽越好，越节能。宽体窑之所以节能，主要原因为随着窑宽的增加，窑内拱上、拱下的距离拉长，使其燃料增加，但其烟气并没有增多，烟气在窑内的流速变慢，热交换充分。此外，由于烟气流速降低，窑内空间变大，阻力随之减小，风机抽烟气的负压减小，使得烟气带走的热量均有所减少，从而达到了宽体窑节能的目的。
1.3窑炉长度的优化
当窑炉内宽和内高一定的情况下，窑炉长度的增加会使单位制品热耗以及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<100m，产量达5000m2，窑长>100m时，产量达10000m2，窑长在200-300m，产量可达20000m2，窑长>300m，产量可达25000-30000m2。最大窑产量已超40000m2了。窑产量的成倍增加可大大地提升窑炉的热效率。
1.4窑体的密封和窑车、窑具的优化
窑体的密封可减小窑内热气体的外流和冷空气的渗入，既有利于降低窑内温差，又有利于稳定窑内压力分布，特别有利于气氛控制。窑车应该选用轻质化、低蓄热窑车，先进的窑车节能可达17%。窑墙、窑具等应使用纳米孔等新型保温材料。
2先进的烧成技术
2.1低温快烧技术
陶瓷生产中烧成温度越低，能耗就越低。根据热平衡计算，烧成温度每降低100℃，单位产品热耗可降低10%以上，缩短了烧成时间，产量增加10%，热耗降低4%。由此可见，应用低温快烧技术不但可以增加产量、节约能源，而且还可以降低成本，实现低碳目标。如佛山某企业和华南理工大学合作，采用超低温配方烧成，烧成温度在1000℃以下，比当前建陶产品烧成温度降低约200℃。该单位制品能耗降低了25%，能耗仅为3-5MJ/kg，为普通烧成技术的75%左右，陶瓷窑炉的热效率则大大地提高了。
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2.2一次烧成技术
一次烧成技术是指将陶瓷制品经过窑炉一次烧成成品的工艺过程。二次烧成需经过低温(900℃左右)素烧、高温釉烧，能源消耗高、增加企业成本。一次烧成技术相比二次烧成技术更节能、环保，综合效果佳，解决了制品后期龟裂等问题，延长制品的使用寿命，合格率也大大提高。
2.3裸装明焰烧成技术
目前，陶瓷窑炉烧成方式主要有明焰钵装、隔焰裸装和明焰裸装。明焰钵装采用传统的煤作为燃料，由于匣钵的加入占用了大量有效空间，使得烧成成本增加、热稳定性差、能耗大、烧成周期长；隔焰裸装采用重油为燃料，由于火焰所产生的热不能直接与制品作用，以致窑内温度不均匀，能耗高；明焰裸烧是最合理、最先进的烧成方式，因为明焰裸烧不用匣钵和隔焰板，最大限度地简化了传热和传质过程，使热气体与制品之间直接传热、传质，可大大地提高烧成窑炉的热效率。
2.4清洁燃烧技术
清洁燃烧技术是指以天然气、液化气、二甲醚等为燃料对陶瓷制品进行烧成的技术，此烧成技术对中国陶瓷工业的可持续发展起着至关重要的作用，该技术所用燃料热效高、能耗低、污染少、燃料储备充足，具有天然优势，应大力推广此技术，且理应全面替代现有以发生炉煤气为燃料等落后烧成技术。采用清洁燃料不仅是裸烧明焰快速烧成的保证，而且提高了陶瓷质量，大大节约了能源，减少了对环境污染。采用天然气为燃料的清洁燃烧技术，陶瓷制品单位能耗降低了28%左右。
2.5富氧燃烧技术
富氧燃烧技术是指助燃空气中的氧气含量大于21%所采取的燃烧技术。燃料在富氧状态下能降低燃点温度，燃烧速度加快、燃烧充分，火焰强度提高，获得较好的热传导。此外采用富氧燃烧技术，火焰长度相对缩短，火焰上部温度降低，减轻了窑炉、蓄热室的热负荷，窑炉寿命得以延长。此外，采用富氧空气后可以适当减少二次助燃风量，从而减少了废气排放量、也就减少了废气带走的热量，提高了陶瓷窑炉热效率。
3烟气的余热回收利用
陶瓷制品烧成的好坏与否跟烧成温度是否均匀以及升温速率高低有关。温度不均匀，砖容易开裂；而烧成速率过快，水分挥发的也快，会导致制品开裂，尤其对于现在盛行的大规格瓷质砖更甚。一般情况下，冷却带的热风温度约300-400℃，此温度用于干燥生坯会使得干燥速率过快，制品呈网络开裂。经过实验，此问题可以采用含水分较高的废气来抑制瓷砖过快的干燥速率。但是这里的废气应该是烧天然气等清洁能源所产生的气体。某企业通过此技术可以实现废气100%应用，甚至取消排烟烟囱。不过此方法不适用于对白度要求高的产品，如白瓷片，因为废气中的杂质会使瓷片中产生黑点，影响产品表面质量。烟气利用有第二种方法，即在烟囱中装热交换器，通过热交换管加热流通的空气，以此用于干燥、助燃或预热带及窑门的燃气热气幕。
4结语
陶瓷工业始终带有“三高”、低产值的帽子，欲使行业脱掉这顶帽子，陶瓷窑炉的进步是重中之重。而陶瓷窑炉热效率的高低直接决定着陶瓷行业耗能的大小及企业的操作使用水平，也牵动着陶瓷工业能否真正走出一条绿色、节能的可持续发展道路。相信随着技术不断进步、行业不断规范，针对性陶瓷窑炉热工测试和热效率计算标准的进一步落实，我国陶瓷工业定能再续辉煌。
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论文作者:陆浩坤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：烧成论文; 窑炉论文; 陶瓷论文; 技术论文; 热效率论文; 烟气论文; 制品论文; 《基层建设》2019年第15期论文;