窑炉节能：软硬兼施（上）——前沿观察

　　节能事业任重道远

　　在过去的“十一五”规划期间，陶瓷窑炉制造产业有了长足发展，窑炉行业也在这一期间进行了重组，从以往的建筑卫生陶瓷、日用陶瓷等领域向冶金、化工、环保等领域渗透和进军，并且加大了窑炉等设备出口的力度，同时也积极引进中高端技术。这些大手笔的动作打破了处于技术发展“平台期”的窑炉制造产业的沉闷空气，并为新的、更大的技术进步做好了铺垫和准备。今年是“十二五”规划的第一年，节能环保一如既往地成为窑炉行业发展的大方向，如何能把节能这一目标落实到各项指标上，成为了整个行业都在思考和努力的事情。

　　中窑窑业拳头产品———辊道窑 (资料图片)

　　现代窑炉的前世今生

　　说起炉窑在建筑行业里的应用，很多人都不会觉得陌生。一般说来，在耐温超过800℃以上的，用于烧制产品的热工设备，或在高温火中生产产品的工具就被统称为炉窑。可以说，炉窑在人类工业发展历史上起到极为重要的作用。要了解窑炉行业的现状和未来的发展趋势，就不得不从窑炉在我国工业的发展史开始说起。

　　我国陶瓷历史悠久，又是最早发明和使用瓷器的国家，所以也是创建窑炉最早的国家。而近代陶瓷窑炉的发展却显得很坎坷，那个时期中国处于外强侵略民族独立，中国的陶瓷行业也受到限制，我国那时期的窑炉革新发展滞留。近代陶瓷业生产中，窑炉以辊道窑、梭式窑和隧道窑为主。

　　中国硅酸盐协会陶瓷分会窑炉热工专业委员会秘书长张桂华告诉记者：“陶瓷窑炉是陶瓷生产中最后一道工序(烧成)所需用的设备。窑炉结构的合理与否,控制系统的先进与否、员工操作水平的高低,直接影响着陶瓷产品质量、产量和生产成本。从另一个角度分析,关系到一个陶瓷企业的生存。所以在陶瓷生产中有‘原料是基础,窑炉是心脏’之说。”

　　随着中国改革开放，我国陶瓷行业也赢了了新的发展契机，窑炉设备也得到革新，从原有的高污染、高耗能、低效率转向低污染、节能型、自动化、辊道化、大型化、高效率绿色窑炉方向发展，新型窑炉梭式窑、新型隧道窑、新型辊道窑在我国陶瓷行业得到普遍的应用。

　　“中国引进辊道窑是从80年代开始。” 广东科达机电股份有限公司热工设备事业部副总经理李振中介绍，1988年，国家建材局从意大利引进了唯高公司技术，在四川自贡建陶总厂建了一条年产70万平方米墙地砖国产化示范线，生产线设备按不同工段分包给几个国营的设备制造厂，其中的辊道窑由唐山轻工业机械厂制作，当年的那个辊道窑的内宽1.5米、长度78.8米，那时辊道窑的主要问题还是传动系统不行。到现在20多年过去了，辊道窑已经发展到今天的内宽2.5米，长到350米，甚至到400米，技术已经非常成熟。李振中认为，从实际生产来看，随着窑炉的不断加长，带来了新的问题，加长窑炉使得操作难度加大，能耗加大，占地面积加大;近年来，人们又尝试将辊道窑内宽加宽到3米左右，这个工作，在90年代就有人做过，2002年也有人做过，但都以失败告终。李振中表示，近几年由于意大利萨克米公司大力推广宽体辊道窑，国人不甘心落后，又掀起了一股推广宽体窑的热潮。

　　张桂华认为，经过20年的引进、消化和发展，我国的陶瓷窑炉行业已经比较成熟。“我国窑炉生产技术的成熟，主要体现在我国已经形成了初具规模、技术水平较高、配套基本齐全的陶瓷窑炉技术，主要窑型辊道窑、窑车式隧道窑和梭式窑均已达到或接近20世纪90年代国际先进水平。现在，我国的陶瓷窑炉产业不仅已经可以为国内的陶瓷行业提供成套的窑炉装备，而且还可以为其他行业提供的工业炉装备，并已具备出口陶瓷窑炉装备的能力。”张桂华表示，国内大大小小的承揽建墙地砖辊道窑的公司几十家，主要集中在佛山市和湖北黄冈，但有影响有品牌和上规模的窑炉制造商现在也还不多。

　　窑炉节能遇“拦路虎”

　　“我国对于能源管理和节能减排工作一向是十分重视的。” 陕西科技大学大学教授高力明介绍，上世纪90年代中期，我国政府已经把节能减排工作放在了极端重要的地位和突出的位置上。1997年颁布，并于1998年1月1日开始施行的《节约能源法》，就是国家以立法的形式所做的宣示和努力。经过十年的实践，又于2007年颁布了新的《节约能源法》，并已于2008年4月1日开始施行。新的节约能源法对节能途径、合理使用与节约能源、节能技术进步、激励措施和法律责任等均做了非常详细的规定和说明。特别是在合理使用与节约能源一章中，在做出一般规定后，更是对工业、建筑、交通运输、公共机构和重点用能单位的节能分别列出了具体的条款，极具可操作性，便于实施、监督和管理。它的施行必将极大地促进节能减排工作的进程，并大大提高能源管理的水平，为使国民经济可持续、健康、高速地发展起到保障和推进作用。

　　中国窑炉行业随着改革开放及我国对环境保护的重视迎来了新的挑战和新的机遇。对此，国家建筑陶瓷及卫生陶瓷工程研究中心热工研究室主任、景德镇陶瓷学院材料学院书记冯青认为：“可以这么说，过去中国窑炉一直处于高污染、高耗能、低产量的状况，现在在这样的局势条件下，给中国窑炉行业革新新的动力，中国窑炉必能朝向低污染、自动化、辊道化、绿色窑炉方向发展，但发展道路是坎坷的，中国窑炉行业一直在曲折中前进。”

　　冯青总结了我国窑炉行业在节能环保上遭遇的几大难题：一是单位产量能耗与发达国家相比还存在很大的差距;二是节能新技术应用不广泛，综合应用和总体应用程度不高;三是窑炉操作人员素质有待提高，专业技能及专业知识有待提高。

　　节能离不开保温和余热利用的创新

　　作为研究窑炉行业发展的权威学者，冯青认为，窑炉行业的发展趋势在节能环保方面发展可以概括为：“一宽、二厚、三合成”。所谓的“宽”指窑体断面宽。“厚”指辊底厚，加强对窑底温度的保温效果。“合成”指将智能控制与余热节能技术相合成。朝向充分地利用窑炉自身的热量即余热再回收利用，用于干燥阶段、助燃风、作为气幕的保护等等，对其窑体本身保温效果来讲，减少窑体的散热，提高窑炉耐火材料的性能也是达到窑炉节能重要途径。

　　“保温材料对窑炉节能有着举足轻重的作用。” 南京品材保温材料有限公司销售经理张长平也表示，目前有辊道式烧成窑炉、辊道式干燥器等应用的保温材料，具有较高的保温、节能性能，保温材料对保温隔热性能起着决定性的因素;同时，好的保温材料其节能效果显著，尤其是陶瓷生产过程中，保温材料的导热系数低、耐温度高效果明，集隔热、隔音、阻燃、防冻于一体等。

　　广东中窑窑业股份有限公司技术副总、工程师谭映山认为，窑体散热的损失占全窑用能源的10%-20%，甚至更高，保温效果好坏对节约能源大有作用。“陶瓷纤维大体有普通硅酸铝，高铝硅酸铝，含铬、锆、硼硅酸铝，还有多晶氧化铝，多晶莫来石等种类，但是现在我国陶瓷纤维制品生产发展不平衡，产品的质量良莠混杂，为此，既要按窑体不同部位选用不同材质、不同制品、不同规格，也要认真筛选生产单位，严格检验。”

　　据谭映山介绍， 辊道窑余热利用的途径有多种：在窑墙内埋设热风管，提高助燃热风温度;以窑头烟气作干燥窑热源;将窑尾冷却带热风供干燥窑用;余热发电;还有将窑尾余热直接烘干成品等。除了余热发电以外，现在新建的窑炉基本上都采用以上措施利用余热。窑头烟气，由于湿气重，有腐蚀性，有刺激气味，局限了利用量。为了加大利用比例，采取了加强干燥窑的密封和抽湿装置，减少刺激性气体溢出;在干燥窑窑顶部位采用吊瓷质砖的办法，减少了落脏，又防腐蚀;在所有风管的保温措施上，选用了更好的珍珠岩浆料涂抹保温;在辊道窑余热风管的布局上，将干燥窑的热风进风管作了统筹安排，能够灵活调节将窑头湿热烟气，窑尾干热气体按需要分别供给干燥窑的各个部位，既保证了干燥需要的热量，也满足了工艺的要求，创造了充分利用余热的最好效果。

　　目前，我国陶瓷企业估计已达几千家，拥有的各类窑炉估计上万条。其中辊道窑约占35%左右，隧道窑占30%左右，梭式窑的占20%左右，其中15%左右。张桂华认为，我国陶瓷窑炉技术也正朝着辊道化、煤气化、轻型化、标准化、自动化方向发展，“窑炉行业是伴随着我国建陶行业发展的‘朝阳’产业。”张桂华表示，陶瓷工业发展时，窑炉行业蓬勃发展，陶瓷工业调整时，窑炉行业更新改造陶瓷窑炉，提升制造技术，自我更新技术，朝着清洁能源、节能环保、绿色低碳的美好前景迈进。

　　产、学、研相结合

　　国家建筑陶瓷及卫生陶瓷工程研究中心热工研究室主任 冯青

　　针对现在中国窑炉发展的现状，我个人认为可以在以下方向进行突破：扶持教育，特别是热工人才的输送教育，培养热工专业人才。在国外，窑炉的智能控制程度确实比我国做得好，这点我们要承认这个差距。这也是我们窑炉行业亟须完善的地方。在近几年，我国窑炉行业研究专家及学者对人工智能的概念已经有所认识，我国相关陶瓷窑炉研究人员也开始陆续的探讨人工智能在陶瓷窑炉中的应用，如人工智能中专家系统对陶瓷窑炉烧成产品缺陷的自动分析等等。伴随着高科技产品的应用，对使用者的素质和能力的要求有所提高，我们都清楚现在我国窑炉行业从事操作人员的素质及能力有限，相关从事窑炉操作的普遍为初中文凭，对其智能化产品欠缺认识，从而直接制约了窑炉智能化操作的使用。

　　除了扶持教育事业，企业与学校还应相结合，在教育过程中实践与教育相结合，企业与学校相结合;窑炉新结构和综合节能新技术的广泛推广，达到改善窑炉节能效果;窑炉自动化程度、智能化方向发展，让窑炉行业走向产学研相结合的道路。

　　高素质人才是节能智能化基础

　　中国硅酸盐协会陶瓷分会窑炉热工专业委员会秘书长 张桂华

　　节能智能化操作无疑可以节省更多的人力物力，我们的窑炉设备是面向陶瓷企业的。从现在的陶瓷生产线上来看，尤其窑炉操作，本来是生产中重要的一环，但管理和维护窑炉的人员素质却令人担忧。经调查现窑炉操作人员，70%以上是初中、高中学历，10%还是初中以下学历，他们对技术的理解不到位，导致出现很多不必要的问题，行业需要专业素质过硬的技术工人。同时，我们也要鼓励企业开展技术人员的专项培训，这样才能让好的陶瓷窑炉产品在良好的操作条件下得到性能上的最好发挥;目前，招聘有素质的操作人员是比较困难的，在职的也很难留住，而现在的年轻人大部分不愿学习这种吃苦受累的技术。因此，促使我们不断向智能化、傻瓜型的窑炉方向发展。

　　通过节能措施，烧制成本下降超过10%

　　佛山欧神诺陶瓷股份有限公司烧制车间副主任 赵光岩

　　欧神诺的窑炉使用年限1—9年不等，其中部分使用年限超过4年的窑炉对燃烧系统、窑炉保温系统进行改造，提高窑炉性能。以前采购窑炉主要看重窑炉价格和窑炉传动系统，现在的采购标准与以前标准相比，窑炉的保温性能已经成为一个重要指标;随着国家对节能减排倡导的不断深入，欧神诺更加注重窑炉节能，不断对旧窑炉进行升级，提高窑炉性能，降低能耗，同时在采购新窑炉时将能耗指标作为一个重要标准。

　　较为节能的窑炉价格会比一般窑炉贵20%以上。较为节能的窑炉的一次性投入比较大，因此企业对这类窑炉的接受程度不是特别高，使用情况还不是很普遍。欧神诺公司高层领导的节能意识很强，在考虑购置设备成本和长效节能方面，偏向于窑炉的长效节能，仍然愿意投资购买节能产品。节能窑炉短时间内会给公司增加生产成本，但是从长远来看，随着能源价格的不断上涨，节能窑炉还是比较经济。

　　我们的窑炉采用新型的轻质耐火材料，降低耐火材料蓄热的同时，提高窑炉的保温性能，有效减少热量散失。通过不断试验，改进烧成曲线，提高窑炉生产效率，降低单件产品的能耗;通过一些列节能措施的实施，我们的烧成成本下降超过10%。

　　目前我们使用的窑炉在节能降耗方面有较大进展，单片砖的费用每年都有2%-5%的降幅;窑炉近些年在窑炉长度上有较大变化，随着窑炉的不断加长，单位能耗不断降低，此外新型保温材料也在不断出现，有效降低窑炉能耗;目前窑炉需要提升的地方主要有：保温系统有待进一步提高，减少热量散失，进一步提高窑炉的传动性能。

　　中窑产品节能优势明显

　　山东省淄博市欧几里德建陶厂长 李强

　　窑炉节能方面，我们公司目前最大的改善就是使用天然气，并且已经和天然气公司签了协议，之前我们一直使用煤炭做燃料，随着天然气的输入淄博，我们也做过改用天然气成本的统计，改用天然气之后成本可能平均要提高15%—20%，意味着每片砖的成本价格要高5元，而使用天然气的热值高，改善生产流程中耗费的能源未来是我们公司努力的方向。

　　目前在窑炉方面我们是和中窑窑业合作，采用的是中窑的辊道窑工艺技术，我们使用中窑的窑炉是因为中窑的窑炉优势明显，技术方面处于国内领先地位，节能方面相对国内的窑炉要好点，尤其是热能的有效利用和减少对外散失。

　　国产窑炉节能技术有待突破

　　天欣科技股份有限公司设备厂长 秦云芽

　　之前采购窑炉重点会考虑到产品的质量，随着国内窑炉技术不断进步，在质量方面都能保证，我们开始重视窑炉的产量，考虑窑炉的生产成本，诚然，节能是窑炉采购必须考虑的。

　　在陶瓷生产过程中，如果注意一些窑炉技术，应该也可以达到节能的目的。比如燃料的节约一直是重点，也是直接导致成本增加原因。而窑炉内燃烧气氛以正压居多，正压减少燃气浪费，还有环氧气氛和氧化气氛要适宜，否则也会造成燃气浪费。另外可以调节助燃风机，调整喷嘴长度，使窑墙2/5充分温度，调整排烟开度，保证燃料充分燃烧和使用，这种方式合理利用可以达到节能。节约用电方面可以通过增加变频来降低，我做过这方面的数据统计，用变频来降低用电相对不用变频可以节约25%的电费，并且产量也得到提高。

　　窑炉未来的发展应该朝低温烧趋势，理想应该控制在500℃以下，以及脱硫、脱氟、脱氮等技术的研究和应用必将获得重视和推广。国内的窑炉都差不多，技术上没有很大的差别，近些年窑炉节能的发展并未取得突破，国内窑炉主要以仿造为主，没有真正意义上的开发、变新。

　　炉温、长度、宽度影响窑炉节能效果

　　河南省长葛远东陶瓷有限公司生产部经理 闫留义

　　目前的窑炉发展趋向于节能，并且窑炉的价格越来越贵。每家企业在选择窑炉时都会考虑窑炉的使用成本、寿命、价格等因素，就近年来原料、燃料价格的上涨趋势以及国家对能耗的控制政策而言，企业走节能化生产的投入是必要的，而且是有效可持续的。我们公司在选用窑炉时，会在窑炉价格、使用、耗能、维修等方面综合考虑。

　　据江苏一家节能科技公司介绍，通过对窑炉自身保温层进行加厚，降低保温材料对炉体外侧的温度传导，使有效温度更多地集中在炉体内部，以减少热能的损失，每天仅窑炉的热能损耗可降低200—500立方米天然气。

　　窑炉的炉温、长度、宽度等不同，节能效果也会有差异，尤其是热能的有效利用和减少对外散失。窑炉热能的二次利用是卫生陶瓷在生产过程中对窑炉富余热能有效利用的普遍方式，即将窑炉烧成过程中的热能抽送到成型车间进行再次利用，对于中部地区而言，一般在春夏季节，室外温度较高，仅窑炉富余热能就可供应成型车间使用。