衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)能耗淺析*

林 毅

(廣東翔華科技股份有限公司 廣東 潮州 521000)

隨著國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 21252-2013《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》的推進(jìn)及國(guó)家環(huán)保政策的進(jìn)一步強(qiáng)化。廣東省要想走在全國(guó)前列，必須要有相應(yīng)政策出臺(tái)。因此廣東省將出臺(tái)制定《廣東省陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)大氣污染物中“顆粒物、二氧化硫、氮氧化物”的排放濃度限值比國(guó)標(biāo)低30%(2019年7月1日起執(zhí)行)、《廣東省2019年推動(dòng)落后產(chǎn)能退出工作方案》要求，衛(wèi)生陶瓷行業(yè)特別是廣東省的衛(wèi)生陶瓷潮州產(chǎn)區(qū)將有2 000左右家小型工廠面臨著被淘汰出局的危機(jī)，同時(shí)也是衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的機(jī)遇。

1 我國(guó)衛(wèi)生陶瓷的現(xiàn)狀

我國(guó)衛(wèi)生陶瓷業(yè)的發(fā)展伴隨著改革開(kāi)放經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而發(fā)展，尤其在20世紀(jì)90年代后期發(fā)展更為迅速。自1994年開(kāi)始，連續(xù)10多年衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量以兩位數(shù)的速度增長(zhǎng)，成為世界上最大的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)國(guó)、消費(fèi)國(guó)和出口國(guó)。我國(guó)衛(wèi)生陶瓷發(fā)展是全方位、多方面的，成績(jī)巨大，包括產(chǎn)區(qū)企業(yè)的數(shù)量、規(guī)模、工藝技術(shù)水平、裝備水平、產(chǎn)品的花色品種、質(zhì)量水平、配套水平、產(chǎn)品的節(jié)水功能水平等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)2017年衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量已達(dá)2.18億件，約占世界產(chǎn)量的30%；出口約占產(chǎn)量的40%。2018年衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量超過(guò)2.34億件，主要產(chǎn)區(qū)除河北產(chǎn)區(qū)依舊保持14%的增長(zhǎng)外，廣東、河南、湖北、湖南產(chǎn)區(qū)衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量均有不同程度下降，分別為-9.4%、-4.9%、-22.7%、-6.3%；而衛(wèi)生陶瓷出口總體較為平穩(wěn)，出口8 275萬(wàn)件，同比增長(zhǎng)-0.02%，增幅下降11.5%，出口額為50.49億美元，同比增長(zhǎng)18.69%，平均單價(jià)從51.40美元/件增長(zhǎng)到61.01美元/件，同比增18.70%，出口額和出口單價(jià)均有較大的提升，體現(xiàn)出我國(guó)衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品已逐步完成了靠產(chǎn)量拼低價(jià)到重質(zhì)量提高附加值的質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

2018年是全面貫徹實(shí)施黨的“十九大”精神的開(kāi)局之年，是改革開(kāi)放40周年，同時(shí)也是世界經(jīng)濟(jì)格局大發(fā)展、大變革、大調(diào)整的一年，全球經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)“分化與博弈”新特征，國(guó)內(nèi)外形勢(shì)錯(cuò)綜復(fù)雜以及經(jīng)濟(jì)增速出現(xiàn)放緩態(tài)勢(shì)的大背景下，我國(guó)建筑陶瓷和衛(wèi)生潔具行業(yè)在面對(duì)市場(chǎng)與環(huán)保的雙重下行壓力、房地產(chǎn)政策宏觀調(diào)控、中美貿(mào)易摩擦升級(jí)、消費(fèi)升級(jí)、競(jìng)爭(zhēng)加強(qiáng)、稅收規(guī)范、成本攀升、渠道變革、出口形勢(shì)喜憂參半、行業(yè)洗牌加速等一系列挑戰(zhàn)與重壓下，衛(wèi)生陶瓷行業(yè)遭遇了自1998年亞洲金融危機(jī)以來(lái)前所未有的“寒冬”，行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行依舊駐足于盤整區(qū)間。同時(shí)隨著綠色環(huán)保、節(jié)能減排政策的不斷推進(jìn)與落地，企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐進(jìn)一步加快，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式進(jìn)一步深化，環(huán)保意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)得到進(jìn)一步深化。

我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)已告別長(zhǎng)期以來(lái)依靠市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)行業(yè)的粗?jǐn)U式發(fā)展時(shí)代，逐步轉(zhuǎn)型進(jìn)入成熟化、規(guī)范化、綠色制造、智能制造的高質(zhì)量發(fā)展階段。

2 新政策將淘汰部分落后衛(wèi)生陶瓷企業(yè)

新國(guó)標(biāo)GB 21252-2013《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》于2014年12月1日實(shí)施，取代了原標(biāo)準(zhǔn)GB 21252-2007《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能耗限額》成為對(duì)建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的一項(xiàng)強(qiáng)制性考核標(biāo)準(zhǔn)，明顯提高了我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的能耗限額水平，體現(xiàn)了節(jié)能降耗技術(shù)的進(jìn)步，符合國(guó)家節(jié)能降耗政策。國(guó)家發(fā)改委(發(fā)改環(huán)資[2011]2873號(hào)、[2012]1923號(hào))、廣東省經(jīng)信委(粵經(jīng)信節(jié)能[2012]95號(hào))等要求政府負(fù)責(zé)節(jié)能監(jiān)管部門對(duì)陶瓷企業(yè)2015年度的節(jié)能考核時(shí)，將全面執(zhí)行按GB21252-2013標(biāo)準(zhǔn)的能耗限額計(jì)算產(chǎn)品單位能耗來(lái)進(jìn)行考核。2019年4月1日，廣東省工業(yè)和信息化廳發(fā)布的《廣東省2019年推動(dòng)落后產(chǎn)能退出工作方案》(以下簡(jiǎn)稱《方案》)表示，按照國(guó)家統(tǒng)一部署，結(jié)合廣東省產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際和結(jié)構(gòu)調(diào)整需要，以鋼鐵、水泥、陶瓷(包括衛(wèi)生陶瓷)等12個(gè)行業(yè)為重點(diǎn)，著力推動(dòng)能耗、環(huán)保、質(zhì)量、安全、技術(shù)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)不合格產(chǎn)品或淘汰類產(chǎn)能，依法依規(guī)關(guān)停退出。根據(jù)《方案》，陶瓷行業(yè)需要執(zhí)行最新編制的《陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，并根據(jù)《廣東省打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020)的通知》要求實(shí)施煤改氣，全面淘汰建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)中的煤燃料。

執(zhí)行建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額(GB 21252-2013)，超過(guò)限額將限期整改，不整改或整改不到位責(zé)令關(guān)停退出。廣東衛(wèi)生陶瓷企業(yè)將面臨《陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、20萬(wàn)件/年以下低檔生產(chǎn)線、淘汰建筑衛(wèi)生陶瓷土窖、倒焰窯、多孔窯、烘燒明焰隧道窯、隔焰燧道窯、匣缽裝衛(wèi)生陶瓷燧道窯以及省抽質(zhì)量監(jiān)督抽查生產(chǎn)安全等多方面的壓力。

依據(jù)GB21252-2013強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品綜合能耗限定值≤720(kgcet)；準(zhǔn)入值≤630(kgcet)；先進(jìn)值≤300(kgcet)，達(dá)不到強(qiáng)制性能耗限額標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)能，應(yīng)在6個(gè)月內(nèi)整改；確需延長(zhǎng)整改期限的，可提出不超過(guò)3個(gè)月的延期申請(qǐng)；逾期未整改或經(jīng)整改仍未達(dá)標(biāo)的，依法關(guān)停退出?！稄V東省2019年推動(dòng)落后產(chǎn)能退出工作方案》要求，明確產(chǎn)能退出工作任務(wù)清單，對(duì)不符合產(chǎn)業(yè)政策要求的淘汰類落后工藝裝備，發(fā)現(xiàn)一起、淘汰一起。

3 衛(wèi)生陶瓷能耗狀況

從20世紀(jì)80年代起，我國(guó)的建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展了20年，建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量急劇增加，雖然節(jié)能技術(shù)也在不斷提升，能耗不斷下降，但總能耗也是在逐漸增加的。

20多年來(lái)，隨著衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的不斷進(jìn)步發(fā)展，機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化水平的不斷提高，生產(chǎn)設(shè)備的不斷更新改進(jìn)，生產(chǎn)效率逐步提高、規(guī)模經(jīng)濟(jì)的實(shí)施使產(chǎn)品的單位能耗逐步下降。

表1 衛(wèi)生陶瓷1995～2015年產(chǎn)品單位能耗表(Kgce/t)

*注:衛(wèi)生陶瓷按25 kg/件計(jì)，綜合能耗參考不同產(chǎn)區(qū)各種不同窯爐及不同燃料折算。

衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)燃料主要是：煤、柴油、液化石油氣、天然氣。由于國(guó)家環(huán)保政策的推動(dòng)，現(xiàn)有衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)除了個(gè)別地區(qū)仍有少數(shù)使用煤化氣做燃料外，大部分產(chǎn)區(qū)已全部改成液化石油氣及天然氣為燃料。衛(wèi)生陶瓷的發(fā)展方向是提高產(chǎn)品檔次、增加附加值，并使用清潔能源。液化氣由于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生一氧化硫、二氧化硫等有毒氣體，加上造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，還有煤氣中夾帶雜質(zhì)，只能生產(chǎn)出劣質(zhì)低端產(chǎn)品，隨著產(chǎn)品質(zhì)量和檔次的提高、環(huán)保政策的嚴(yán)格，將會(huì)淘汰煤化氣等落后的生產(chǎn)工藝設(shè)備，取而代之的將是天然氣等清潔燃料，而天然氣則是衛(wèi)生陶瓷企業(yè)增長(zhǎng)最快的燃料品種。

4 衛(wèi)生陶瓷節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

根據(jù)陶瓷熱工學(xué)計(jì)算原理，越是高溫?zé)蓵r(shí)，能源消耗越多，從1 200～1 300 ℃時(shí)，耗費(fèi)的能源大約是產(chǎn)品燒成總能耗的40%左右。因此低溫快燒是衛(wèi)生陶瓷行業(yè)節(jié)能減排的重要課題。

20～30年前，衛(wèi)生陶瓷燒成窯爐是能耗高的燃煤倒焰窯(匣缽燒成)及以重渣油為燃料的隧道窯，燒成溫度高(1 250 ℃左右)、燒成周期長(zhǎng)(20～24 h)、能耗高、污染大。后來(lái)通過(guò)行業(yè)引進(jìn)窯爐設(shè)備國(guó)內(nèi)消化吸收，近幾年國(guó)內(nèi)衛(wèi)生陶瓷燒成已普遍采用寬斷面節(jié)能隧道窯，用潔凈的石油氣、天然氣為燃料，采用輕型節(jié)能窯車、微機(jī)自動(dòng)化控制，燒成工藝向低溫快燒方向發(fā)展，燒成溫度(1 200 ℃左右)，燒周期控制在16h左右，能耗大幅度降低，同時(shí)大大減少了對(duì)環(huán)境的污染，明顯提高了產(chǎn)品的質(zhì)量檔次水平，產(chǎn)品合格率由過(guò)去的不到80%提高到90%左右。

4.1 衛(wèi)生陶瓷燒成窯爐的發(fā)展

燃煤倒焰窯——燃煤隧道窯——寬斷面燃?xì)?梭式窖)隧道窯

匣缽燒成——無(wú)匣缽燒成——電腦梭式窯——自動(dòng)隧道(輥道)窯

4.2 衛(wèi)生陶瓷燒成原料的發(fā)展

燃煤——重油——煤氣——液化石油氣、天然氣

衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)工藝過(guò)程主要工序簡(jiǎn)述

從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠，衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程大體可分成以下工序：產(chǎn)品概念、設(shè)計(jì)、模具制作、注漿成形、產(chǎn)品修坯、坯體烘干、坯體施釉、產(chǎn)品燒成、外觀檢驗(yàn)、安裝配件、功能檢測(cè)、產(chǎn)品包裝，不同的工序配有不同的檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備。

5 衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)主要節(jié)能措施

5.1 高壓注漿成形工藝節(jié)約能耗

衛(wèi)生陶瓷采用高中壓注漿成形后，成形時(shí)模具所吸收的水份無(wú)須通過(guò)干燥排除，而是用壓縮空氣吹出，節(jié)省了模具干燥熱耗，成形后坯體水份下降了2%，可節(jié)省坯體干燥熱耗，這兩部分可節(jié)約綜合能耗的12%左右。

5.2 隧道窖窯爐余熱利用減少能耗

采用逐級(jí)回收余熱的方式實(shí)現(xiàn)超低溫余熱排放，極項(xiàng)節(jié)能及降低CO2、NOx的排放量。

針對(duì)隧道窯的排水氧化分解、排煙管道、急冷等不同階段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)置熱發(fā)生爐、螺旋形吸熱空氣管道、無(wú)縫管的冷熱風(fēng)交換裝置等不同余熱回收利用技術(shù)裝置，達(dá)到余熱綜合利用及降低排放的目的。

設(shè)置蓄熱相變復(fù)合材料的余熱利用裝置，使窯爐出現(xiàn)余熱供應(yīng)不足或溫度波動(dòng)時(shí)，通過(guò)蓄熱相變復(fù)合材料的熱釋放滿足生產(chǎn)要求，達(dá)到回收煙氣余熱的同時(shí)，提高換熱效率、降低CO2、NOx的排放量的有機(jī)結(jié)合。

利用窯爐冷卻帶余熱回收得到潔凈熱空氣，直接用作窯爐助燃空氣(220～250 ℃，可節(jié)省6%～8%的燃料)或用于坯體干燥及石膏模具的干燥。利用窯爐800～900 ℃的高溫?zé)煔?，回收熱能用于坯體干燥及泥漿加熱節(jié)約能耗、利用換熱器充分回收窯爐的余熱，進(jìn)一步提高能源綜合利用率：陶瓷窯爐的余熱回收大有文章可做，因?yàn)榕欧艧煔鈳ё叩臒崃扛哌_(dá)總熱量的30%～40%，傳統(tǒng)的余熱回收方法(預(yù)埋鋼管法、煙氣直接利用法等)回收效率都比較低。換熱器是一種余熱回收效率較高的新技術(shù)，一般將換熱器安裝在窯爐排煙的煙道中，將煙氣余熱回收后加熱空氣，熱風(fēng)可用作助燃空氣和干燥坯體。換熱器由四周管箱和中間隔板組成，中間隔板將兩側(cè)通道隔開(kāi)，熱管為全翹片管，單根熱管可更換。工作時(shí)，高溫?zé)煔鈴淖髠?cè)通道向上流動(dòng)沖刷熱管，此時(shí)熱管吸熱，煙氣放熱溫度下降。將熱管吸收的熱量導(dǎo)至右端，冷空氣從右側(cè)通道向下逆行沖刷熱管，此時(shí)熱管放熱，煙氣放熱溫度下降，熱管將吸收的熱量導(dǎo)致右端，冷空氣從右側(cè)通道向下逆向沖刷熱管，此時(shí)熱管放熱，空氣吸熱溫度升高。余熱回收器出口煙氣溫度不低于露點(diǎn)。綜合能耗可節(jié)約10%～15%。

5.3 節(jié)能設(shè)備利用減少能耗

在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)工業(yè)中，原料加工設(shè)備的動(dòng)力耗能一般占整個(gè)動(dòng)力能耗的60%左右，而球磨機(jī)的動(dòng)力能耗最大，采用大噸位球磨機(jī)節(jié)電效果非常顯著，20 t、30 t、50 t以至100 t的間隔式球磨機(jī)已投入使用，能取得更為顯著的節(jié)電效果。

5.4 建立干燥室減少能耗

20年前大多數(shù)衛(wèi)生陶瓷企業(yè)坯體干燥存在共性問(wèn)題，沒(méi)有專門的快速干燥(室)設(shè)備，坯體在成形室原位干燥，不但占用很大的面積，而且影響成形工人的勞動(dòng)環(huán)境，廠房面積大，干燥溫度低，濕度無(wú)法控制，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。把坯體干燥和模具干燥分開(kāi)，建造衛(wèi)生陶瓷坯體快速干燥室，成形后的濕坯在笫二天移進(jìn)快速干燥室干燥，縮短坯體干燥周期，同時(shí)改善成形車間環(huán)境。

20世紀(jì)80年代國(guó)產(chǎn)的三通道衛(wèi)生陶瓷隧道干燥室(利用隧道窯余熱)，干燥周期為24 h，單位熱耗為3 700×4.18 kJ/kg水；90年代引進(jìn)帶旋轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)的衛(wèi)生陶瓷坯體室式干燥室，干燥周期為12～16 h，單位熱耗為(1 370～1 850)×4.18 kJ/kg水；國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的新型干燥器--少空氣室式快速干燥器，干燥周期為5～5.5 h，單位熱耗為(800～1 200)×4.18 kJ/kg水；大大減少了燃燒熱風(fēng)爐干燥坯體的使用。

5.5 新型節(jié)能窯爐的選用節(jié)省能耗

衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)最大的耗能是產(chǎn)品燒成段，約占產(chǎn)品單位綜合能耗的60%，而窯爐燒成技術(shù)的發(fā)展可謂是日新月異，先進(jìn)窯爐的能耗是落后窯爐能耗的一半以上。目前應(yīng)用的窯爐主要是間斷式燒成的梭式窯及連續(xù)式燒成的隧道窯、輥道窯。而較為普遍使用的是間斷式燒成的梭式窯及連續(xù)式燒成的隧道窯。梭式窯由于間斷式燒成工藝的特性，機(jī)動(dòng)性大，可取消夜間生產(chǎn)，在潮州產(chǎn)區(qū)得到了最廣泛的使用，燒成溫度一般在1 200～1 260 ℃，燒成周期12～16 h不等，先進(jìn)的梭式窯產(chǎn)品單位能耗1 200 kcal/kg；連續(xù)式燒成的隧道窯是燒結(jié)衛(wèi)生陶瓷的主流窯爐。全國(guó)各大產(chǎn)區(qū)，特別是上規(guī)模的衛(wèi)生陶瓷企業(yè)都是以隧道窯為主要生產(chǎn)線，約占總產(chǎn)量的60%，由于連續(xù)式燒成的特性加上窯爐余熱的回收利用，是目前最為節(jié)能的窯爐，廣泛應(yīng)用于規(guī)模較大的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)，燒成溫度一般在1 200～1 230 ℃，燒成周期16～17 h不等，先進(jìn)的隧道窯產(chǎn)品單位能耗850 kcal/kg。產(chǎn)品單位綜合能耗低于150 kgce/t，只有新國(guó)標(biāo)GB 21252《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能耗限額》中的先進(jìn)值的不足50%，先進(jìn)的隧道窯比先進(jìn)的梭式窯要節(jié)能30%左右，因此建議創(chuàng)造條件進(jìn)行并購(gòu)淘汰小規(guī)模企業(yè)，大力擴(kuò)大大型寬體節(jié)能隧道窯的投產(chǎn)，能更有效地節(jié)約能耗。為了有快速的熱反應(yīng)和節(jié)省燃料，整條窯爐的窯墻內(nèi)襯都使用輕質(zhì)保溫材料。結(jié)合輕質(zhì)保溫磚的耐用性和陶瓷纖維棉的低蓄熱，針對(duì)窯爐的不同區(qū)段設(shè)計(jì)相應(yīng)的磚棉混合結(jié)構(gòu)，既能保證窯爐的耐用性又最大限度的提高了窯爐的保溫和低蓄熱，同普通窯爐相比陶瓷纖維棉用多50%，保溫和節(jié)燃效果顯著(見(jiàn)圖1)。

圖1 新型節(jié)能窯爐

6 衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的未來(lái)希望

以上是根據(jù)對(duì)部分衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的了解及參考相關(guān)專家的文獻(xiàn)資料，在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行新技術(shù)、新工藝的改造應(yīng)用，引進(jìn)先進(jìn)節(jié)能窯爐及規(guī)模化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，充分提高能源的利用率，先進(jìn)的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的綜合能耗比國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB21252-2013《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》的要求降低50%左右，綜合能耗先進(jìn)值可控制≤150 kgce/T瓷，對(duì)照當(dāng)前產(chǎn)業(yè)升級(jí)及國(guó)家環(huán)保政策的要求，還是能找出行業(yè)的出路。希望行業(yè)能共同創(chuàng)造條件并構(gòu)整合分散小規(guī)模工廠、小作坊，形成規(guī)模化生產(chǎn)，減少梭式窯爐生產(chǎn)，大力擴(kuò)大大型寬體隧道窯的投入，從而進(jìn)一步降低單位產(chǎn)品能耗，相信衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)一定能走出困境，不斷創(chuàng)新發(fā)展，開(kāi)源節(jié)流，重新創(chuàng)造新時(shí)期的輝煌。