节能环保广东建材２０１年第４期。
付国仙。广州市能源检测研究院）
摘要：介绍了陶瓷行业的耗能情况以及节能的必要性。以隧道窑为例阐述了陶瓷生产工艺，分析。
原料加工、ｊ玉制成型、坯体干燥、炉窑烧成等工序的能耗特点。从尽量减少有效输入能和减少尤效输出。
能的角度出发，并着重以热平衡分析为依据，研究了各工序的有效节能途径，为现仔陶瓷窑的改建或。
者以后陶瓷窑的新建在节能领域指明了方向。
关键词：陶瓷窑；隧道窑；节能；热平衡。
前言。陶瓷行业是个高能耗的行业，无论在建筑、卫生、日用或艺术等领域陶瓷的产量均已连续多年位于全球。
生物化反应形成成品，构成了固定的烧成段；燃烧产生。
的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，逐步地预热进入窑内的坯体，构。
第 。陶瓷生产对能源和资源消耗巨大，特别是建筑卫成了隧道窑的预热段；同时在隧道窑的窑尾鼓入冷风，强制或缓慢冷却隧道窑内后一段的成品，便构成了隧道。
牛陶瓷工业，产量、耗能为陶瓷行业之首，与此同时也产。
窑的冷却段。
生了大量的废气和废渣。陶瓷生产对能源、资源的巨大消耗和对环境的影响，已经严重制约了我国陶瓷产业的发展。因此，该行业的节能减排有着十分重要的意义。
节能措施。．１原料加工节能。
目前原料加工主要采用湿法间歇球磨技术，将原料、球、水等按比例混合后在球磨机内进行细磨，达标后停机冉换下一批原料。从工作过程可以看出其有着间歇性和水分较大的缺点，采用更高效更节能的球磨机可以。
从两方面入手：
陶瓷窑已经从传统的间接式生产的梭式窑发展到连续式生产的隧道窑和辊道窑，燃料也从之前的烧煤、烧油发展到烧气的过程。炉窑的能耗成本已逐步降低到现在的３０％左右。能源利用率也有所上升，但和先进国家相比（５０以上），差距仍然较大，还有改进的空间。
本。文以陶瓷生产工序为研究对象，分析其工作过程中的节能途径，为陶瓷窑的节能改进指明方向。
１）采用人型高效球磨机。连续无问段工作，无需停。
顿卸料；大吨位球磨增大产量，效率犬幅提高：球磨电机采用变频技术等，可以节省电耗３０％以上。
陶瓷生产工序。
陶瓷生产丰要有原料加工、压制成型、坯体干燥、窑。
２）采用高效辅助剂。根据不同的工艺配方向泥浆中。
炉烧成、成品装箱等工序，如图１所示，其中原料球磨和加入高效减水剂和助磨剂，并采用合理的料、球、水比压制成型卞要是消耗电能，占总能耗的２０％左右，而坯例，以及合适大小的介质球，来缩短球磨时问和降低泥体干燥和炉窑烧成主要是消耗热能，占总能耗的８０％左浆的含水率，达到节约球磨制浆和喷雾制粉（建筑陶瓷）
右。原料ｌｉ加工 —ｌ压制ｌｒｅ广＿１干燥ｒｌ坯体ｉ＿１烧成－一１装箱ｌｉ炉窑ｉｉ成品ｉ
阶段的能耗的目的，节省电耗呵达２０％以上。减水剂主要有无机减水剂、有机减水剂、聚合减水剂和复合减水剂等类别。各类减水剂的作用机理不完全一一样，应根据。
图１陶瓷主要生产工序。
各陶瓷原料配置的特性来选择哪类减水剂类型。
在炉窑烧成工序中，本文以主流的隧道窑为例进行分析，研究其热平衡过程中的节能方案。隧道窑是一条。
．２压制成型节能。
采用大吨位压砖机：一次性压砖数量更多，并且压。
直线形的隧道，分为预热段、烧成段和冷却段，其两侧制的坯体***，成品率高，能节省投资和电耗３０％以为内壁，顶部为拱顶，底部铺设轨道并运行着窑车。在隧上。改进压砖磨具：
普通钢制造自动压砖模具，使用寿命。
道窑的中部两侧安装喷嘴等设备，燃烧加热坯体使之发只有ｌ０天左右，并且更换费时（１０个小时左右）。可采。
广东建材２０１年第４期节能环保。
用合金钢组合式压砖磨具，使用寿命延长到３ｏ天以上，降低总能耗和生产成本。以全窑为热平衡对象，其主要换磨时间为３０分钟，大量节约了人力和物耗。压釉一体输入输出热平衡如图２所示，具体数值如表１所示，节化：
在压砖过程中，可同时进行瓷砖的施釉或表层装饰，能目的是在完成陶瓷烧成的基础上使得有效输入热量采用干釉粉可以避免传统的施釉线，增加釉的稠度，也（电能或燃料的转化热能）越少越好，无效输出热量（耗提高釉的磨损性，同时也为一次烧成瓷砖打好基础。此散到大气的热能）越少越好。外还有采用高中压注浆和螺杆空压机等来缩减压制成型时间，并且提高机器寿命。
奄炉寰萄敌热。
．３坯体干燥节能。
在干燥过程中，坯体中的水分不断蒸发，使得坯体含水量和收缩率逐步降低。传统的干燥器主要采用热风干燥法，干燥能耗占产品总能耗的１５％虽有不少。
坯体带入显热阐捧带＾显热气—帮八显热。
制品莆出显热阐傩带出显热窖牢积蕾靛热。
碾＾常八显嬲秆字醌捷ｉ颤助爆碲人ｉｌ熟冷却壤冷风带＾显热。
企业利用窑炉余热为干燥热源，但仍另需干燥器耗能产生热风加以补充，还有待改进。
一。图２隧道窑热量输入输出热平衡示意图。
．４．热量输入节能分析。
１）坯体带入显热ｑ 助燃空气带入显热ｑ ，气幕带。
方面改进热风干燥法：合理设置热风回路，使得。
总和不到５％）热风流向和坯体流向相反，减少干燥过程中的温、湿度入显然。该三种显热所占的比重不大（
来作为高温热差。在干燥器中设置挡板或者搅拌风机，增大接触时问如果利用烟气余热ｑ 和抽热风余热ｑ。
和热风扰动，使得热湿交换更加充分。合理设置热风循源进行加热，相对减少了有效的输入电能和燃料，也降。
环回路，使得部分高品质热风循环利用，相对增大流量低了排到大气中的废热能。
和流速，提升强迫对流系数。由此实现对热风的温度、湿。
一。增大坯体带入的显热ｑ可在坯体干燥工序中。
度、流量和流速分布的合理调节，以此提**燥效率。另提升干燥气体温度来实现。如果采用烟气的余热ｏ 由。
方面采用新型干燥技术：例如微波干燥，其利用介质于排出的烟气含有污染气体，不能直接干燥坯体，可采损耗原理，在快速周期变化的磁场下，极性分子来回剧用中间余热**装置先与空气换热，再将升温后的空气烈转动，碰撞摩擦使得电能转化成热能。由于微波具有送入干燥器来加热坯体，提升坯体入窑前的显热，其烟。
穿透的特性，使得坯料内外同时均匀受热，缩短了加热气余热**率达到３０％以上；如果采用抽热风余热ｑ ，时间，也提升了成批率。与传统热风干燥法相比，干燥时由于其本身较干净，可直接送往干燥器利用。间降低至１／３能耗降低至１／４极大地提高了效率。
增大助燃空气带入显热ｑ通过理论计算还发现，助燃空气温度越高（越接近燃点），所消耗燃料越少，节能效果也越好。一般认为空气预热温度每提高１００即可节约燃料５％。利用抽热风余热ｑ 预热助燃。
空气，可增加助燃空气带入的显热量ｑ 一方面可节约。
．４炉窑烧成节能。
炉窑烧成环节占总产品总能耗的６０％本节以某隧道窑的热平衡数据为例（计算基准为ｌｋｇ瓷，０℃分析隧道窑的输入输出热能种类及其所占比例，针对每。
部分的特点研究其节能方案，提高隧道窑热能利用率，燃料，另一方面由于燃料消耗量的减少，使得烟气量减。
表１隧道窑输入输出热量数值统计。
输入热量。输入热量项目坯体带入显热ｑ
数值ｋｊ／瓷。
比例％０．输出热量项目制品带出显热ｏ。
输出热量数值ｋｊ／瓷。
比例％ｏ．闸体带入显热ｏ燃料化学热及显热ｏ。
助燃空气带入显热ｑ漏入空气带入显热气幕带入显热。
冷却段冷风带入显热ｑ
输入热量总计ｑ
物化反应耗热ｑ。。闸体带出显热ｏ。
烟气带走显热ｑ。抽出热风带出显热ｑ。窑炉表面散热ｑ窑车积蓄散热ｏ。其它热损失ｑ输出热量总计ｑ
节能环保。少，排烟带走的热量也减少了，达到双重节能的效果。
广东建材２０１年第４期。
和能耗，经分析可知：常规瓷砖面积越大，其厚度也越。
增大气幕带入显热ｑ拍。常见的气幕有窑头封闭大，造成了单位面积所需的能耗也逐渐增大；而如果采气幕、气氛转换气幕、搅拌气幕等，其中前两种气幕的鼓用特殊工艺烧制陶瓷薄板，其厚度大大降低至常规瓷砖风量大约是烧成段所需助燃空气量的２倍多。可直接考的５０％左右，能耗也相应降低至４０％左右。
对球磨原料、
虑利用抽热风作为各气幕的补充气源，由于抽热风余热炒成段燃料等节省巨大。（）的存在，可以增加气幕带入的显热 ，还维持炉窑断面温度均匀性，提升陶瓷制品的烧成质量，有效降低能。
表。几种瓷砖的规格和能耗。
砖规格厚度ｍｍ 面积密度ｋｇ／面积能耗ｋｇｃ
耗。２）燃料化学热及显热ｑ该热量在输入总热量中所占比例最大（８６具有极大的节能空间。其节能方向是在保证烧成陶瓷品的基础上相对降低电能或燃。
料的输入，减少排往大气的无效废热，提升有效能的利。
用率。采用富氧燃烧技术。助燃空气中的含氧量大于２１％时的燃烧称为富氧燃烧。
一方面能降低燃点温度，使燃烧速度加快，燃烧更完全，节省了燃料使用量；另一方面含氧量的提高能减少助燃空气的使用量，避免过量助燃空气燃烧后烟气带走的热量ｑ 试验证明２７％含氧量。
的富氧燃烧与２１％含氧量的常规燃烧相比，能减少１２％
的燃料消耗和近１０％的烟气带走显热。
采用低温快烧技术。陶瓷烧成温度越高，能耗就越高。据热平衡计算，若烧成温度每降低１００则单位产品热耗可降低１０％以上。以英国报导的微波辅助气体。
燃烧技术为例，由于微波从内到外加热制品，燃气火焰从外到内加热制品，形成快速均匀加热。加热时间大大缩短至２５％以内，节能达７０％以上，能源成本下降４０％同时也减少烟气排量带走的显热ｑ 和污染气体的产生量；提升烧成品的质地，成品率提高。
其他技术。采用一次烧成技术：比一次半烧成（９０左右低温素烧，在高温釉浇）和两次烧成技术更加。
节能，缩短烧成时间，节省燃料，同时解决产品龟裂问题，提高成品率。采用脉冲控制高速燃烧技术：可间接调节助燃空气和燃料的混合比例，达到调节燃烧空气系数（气氛）的目的，根据燃烧环境进行动态配置运行，能避免常规火焰上浮导致的窑内上下温差不均匀的缺点，提升制品质量，研究分析可节约能源２０％以上。
．４．热量输出节能分析。
１）物化反应耗热ｑ
瓷砖的规格一旦确定，其物化反应所需的热量ｑ就被固定下来。除非改变瓷砖的规格（例如大小、厚度等），才可能改变所需耗热。表２给出了几种瓷砖的规格。
２一。００ｘ釉面砖釉面砖釉面砖。
００ｘ陶瓷薄板５ｌ２
２）闸体带出显热ｑ 窑车积蓄散热ｑ
经过冷却段之后，闸体、窑车等被置于空气中自然。
冷却，带出的显热排往大气中成为废热。由显热公式。
＝ｍｃ可知，其由质量ｍ、比热容ｃ和变化温差△ｔ决定。由于烧成段最高温度和环境温度都基本固定，温差。
变化不大，可从质量和比热容方面考虑节能。例如采用轻质砖或硅酸铝耐火纤维做车衬时，由于其密度低、蓄热小，相比传统重质耐火砖做车衬时能耗降低至１／３目前国外窑具材质发展较快，如优质堇青石一莫来石、
氮化硅结合碳化硅、重结晶碳化硅等，具有较好的强度和热性能。
３）烟气带走显热ｑ 抽出热风带出显热ｑ
这两部分热量占总输出热量的７０％以上，并且以气体为载体，容易作为有效余热来进行**利用（而闸体和窑车等余热以固体为载体，难以**利用），其中烟气中含有污染气体和粉尘，一股需要中间换热后才能利用。前面已经介绍把它们用于提升坯体带入显热ｑ 助。
燃空气带入显热ｑｒ４和气幕带入显然ｑ 等。
４）窑炉表面散热ｑ
减小表面换热系数。可通过降低窑体的导热系数和辐射系数来节能。常见的保温材料有重质耐火砖、轻质保温砖、莫来石轻质砖、高铝轻质砖和轻质陶瓷纤维，如表３所示。
轻质陶瓷纤维与重质耐火砖相比，质量轻至１／７导热系数小，节能效果最高约达１．１此。
外可在窑体内表面喷涂多功能涂层材料，如辐射涂料，增强窑炉内的辐射传热率（由０．７提升至０．９提高窑炉内的温度，同时降低窑体内表面辐射吸收的热量，增强壁面的整体热阻，降低耗热。国内已有研究高性能绝热材料，例如多层屏蔽阻隔及纳米ｓｉ０材料，４０
时的导热系数在０．０以内，如图３所示，保温性。
能极佳。广东建材２０１年第４期。
表。常规保温材料及导热系数。
保温材料体积密度ｇ／ｃ传热系数ｗ／ｍ重质耐火砖轻质保温砖莫来石轻质砖高铝轻质砖轻质陶瓷纤维。
棉聚氯酯。：玻璃纤维。
：棉硅钙板。
：耐火材料耐火材料氧化锆纤维９：静止空气。
０：超强纳米绝热材料。
图３高性能绝热材料与传统绝热材料传热系数对比。
改进窑体结构。适当增大窑内宽，减小窑内高宽比。从经验来说，窑内高宽比在０．３之间，可大幅度减少断面上下温差，由此加快烧成速度，提升产量。
虽然窑内宽的增加使得总散热面积增大，但由于产量提升，单位产品的热耗有所降低。尽量采用平面窑顶，使得烧成段窑顶温度和窑底温差减小，避免了传统拱形窑顶存在的断面温差过大问题，提升了产品质量。
结论。１）本文介绍了陶瓷窑的基本生产工序，通过分析每个工序特点，研究其节能方案。以隧道窑为例，节能主要考虑了两点：
减少有效输入热量（电能或燃料的转化热能）和减少无效输出热量（耗散到大气的热能）。
２）对原料加工和压制成型工序，从电能的角度来研究节能方案，主要通过采用大吨位高效机械设备等来连。
续生产，提高电能利用率，降低整体工艺的能耗。
３）对坯体干燥和炉窑烧成工序，从热能平衡的角度分析输入和输出的热量，研究各类热量的特性，通过尽。
量减少有效的输入热量和无效输出热量，来提高燃料利用率，降低整体工艺能耗。
４）通过逐一介绍陶瓷工序中的各种节能技术，为现存陶瓷窑的改建或者以后陶瓷窑的新建在节能领域指明了方向。●【参考文献】
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