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)

隨著國家強制性標準GB 21252-2013《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》的推進及國家環(huán)保政策的進一步強化的要求，廣東省要打贏“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”就必須要走在全國前列，廣東省將出臺制定《廣東省陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準》對大氣污染物中“顆粒物、二氧化硫、氮氧化物”的排放濃度限值比國標低30%(于2019年7月1日起執(zhí)行)、《廣東省2019年推動落后產(chǎn)能退出工作方案》要求，廣東省衛(wèi)生陶瓷行業(yè)尤其是潮州產(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，同時也是規(guī)模以上衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的機遇。

1 中國衛(wèi)生陶瓷的現(xiàn)狀

改革開放40年以來，中國衛(wèi)生陶瓷業(yè)的發(fā)展伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展而發(fā)展，尤其在20世紀90年代后期發(fā)展更為迅速。自1994年開始，連續(xù)10多年產(chǎn)量以兩位數(shù)迅速增長，成為世界上最大的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)國、消費國和出口大國。衛(wèi)生陶瓷的發(fā)展是全方位、多方面的，成績是巨大的，包括產(chǎn)區(qū)企業(yè)的數(shù)量、規(guī)模、工藝技術水平、裝備水平、產(chǎn)品的花色品種、質量水平、配套水平、產(chǎn)品的節(jié)水功能水平等。

2018年全國規(guī)模以上的衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量超過2.34億件，主要產(chǎn)區(qū)除河北依舊保持14%的增長外，廣東、河南、湖北、湖南產(chǎn)量均有不同程度下降，分別為-9.4%、-4.9%、-22.7%、-6.3%；而出口總體較為平穩(wěn)，出口8275萬件，同比增長-0.02%，增幅下降11.5%，出口額為50.49億美元，同比增長18.69%，平均單價從51.40美元/件增長到61.01美元/件，同比增18.70%，出口額和出口單價均有較大的提升，體現(xiàn)了我國衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品已逐步從靠產(chǎn)量拼低價到重質量提高附加值的質的轉化。

2018年是全面貫徹實施黨的十九大精神的開局年，同時也是世界經(jīng)濟格局大發(fā)展、大變革、大調整的一年，全球經(jīng)濟出現(xiàn)“分化與博弈”新特征，國內外形勢錯綜復雜以及2018中國經(jīng)濟增速出現(xiàn)放緩態(tài)勢的大背景下，中國建筑陶瓷和衛(wèi)生潔具行業(yè)在面對市場與環(huán)保的雙重下行壓力、房地產(chǎn)政策宏觀調控、中美貿易摩擦升級、消費升級、競爭加強、稅收規(guī)范、成本攀升、渠道變革、出口形勢喜憂參半、行業(yè)洗牌加速等一系列挑戰(zhàn)與重壓下，行業(yè)遭遇了自1998年亞洲金融危機以來前所未有的“寒冬”，行業(yè)經(jīng)濟運行依舊駐足于盤整區(qū)間。同時隨著綠色環(huán)保、節(jié)能減排政策的不斷推進與落地，企業(yè)轉型升級步伐進一步加快，轉變發(fā)展方式進一步深化，環(huán)保意識，創(chuàng)新意識進一步深化。

中國衛(wèi)生陶瓷行業(yè)已告別長期以來依靠市場需求驅動行業(yè)粗擴式發(fā)展時代，逐步轉型進入成熟化、規(guī)范化、綠色制造、智能制造、高質量發(fā)展階段。

2 新政策將淘汰部分落后衛(wèi)生陶瓷企業(yè)

新國標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日實施，取代了原標準GB 21252-2007《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能耗限額》成為對建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的一項強制性考核標準。明顯提高了我國建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的能耗限額水平，體現(xiàn)了節(jié)能降耗技術的進步，符合國家節(jié)能降耗政策。國家發(fā)改委(發(fā)改環(huán)資【2011】2873號、【2012】1923號)、廣東省經(jīng)信委(粵經(jīng)信節(jié)能【2012】95號)等文件明確要求政府的節(jié)能監(jiān)管部門面對陶瓷企業(yè)2015年度的節(jié)能考核時，要全面執(zhí)行按GB 21252-2013標準的能耗限額計算產(chǎn)品單位能耗來進行考核。2019年4月1日，廣東省工業(yè)和信息化廳發(fā)布《廣東省2019年推動落后產(chǎn)能退出工作方案》(以下簡稱《方案》)表示，按照國家統(tǒng)一部署，結合廣東省產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際和結構調整需要，以鋼鐵、水泥、陶瓷(包括衛(wèi)生陶瓷)等12個行業(yè)為重點，著力推動能耗、環(huán)保、質量、安全、技術達不到標準和生產(chǎn)不合格產(chǎn)品或淘汰類產(chǎn)能，依法依規(guī)關停退出。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)大氣污染物排放標準》，并根據(jù)《廣東省打好污染防治攻堅戰(zhàn)三年行動計劃(2018～2020)的通知》要求實施煤改氣，全面淘汰建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)使用煤作為燃料。

執(zhí)行建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額(GB 21252-2013)，超過限額將限期整改，不整改或整改不到位責令關停退出。廣東衛(wèi)生陶瓷企業(yè)將面臨《陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準》、20萬件/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、匣缽裝燧道窯以及省抽質量監(jiān)督抽查生產(chǎn)安全等多方面的壓力。

依據(jù)GB 21252-2013強制性國家標準規(guī)定：衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品綜合能耗限定值≤720(kgce/t)；準入值≤630(kgce/t)；先進值≤300(kgce/t)，達不到強制性能耗限額標準要求的產(chǎn)能，應在6個月內整改；確需延長整改期限的，可提出不超過3個月的延期申請；逾期未整改或經(jīng)整改仍未達標的，依法關停退出?！稄V東省2019年推動落后產(chǎn)能退出工作方案》要求，明確產(chǎn)能退出工作任務清單，對不符合產(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80年代起，我國的建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)已經(jīng)高速發(fā)展了20年，建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量的急劇增加，雖然節(jié)能技術也不斷提升，能耗不斷下降，但總能耗也在逐漸增加。

20多年來，隨著衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的不斷進步發(fā)展，機械化、電氣化、自動化水平的不斷提高、生產(chǎn)設備的不斷更新改進、生產(chǎn)效率逐步提高、規(guī)模經(jīng)濟的實施使產(chǎn)品的單位能耗在逐步下降。

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

*注:衛(wèi)生陶瓷按25 kg/件計，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。

4 衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)能源品種

衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)燃料主要是：煤、柴油、液化石油氣、天然氣。由于國家環(huán)保政策的推動，衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)除了個別地區(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。煤化氣由于生產(chǎn)過程產(chǎn)生一氧化硫、二氧化硫等有毒氣體，加上造成嚴重的環(huán)境污染，加之煤氣中夾帶雜質，只能生產(chǎn)劣質低端的產(chǎn)品。隨著產(chǎn)品質量和檔次的提高、環(huán)保政策的嚴格，將會淘汰煤化氣等落后的生產(chǎn)工藝設備，取而代之的將是天然氣等清潔燃料，天然氣是衛(wèi)生陶瓷企業(yè)增長最快的燃料品種。

5 衛(wèi)生陶瓷節(jié)能技術及應用

根據(jù)陶瓷熱工學計算原理，越是高溫燒成時，能源消耗越多，從1 200～1 300 ℃時，耗費的能源大約是產(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(20～24 h)、能耗高、污染大。后來通過行業(yè)引進窯爐設備國內消化吸收，近幾年國內衛(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、微機自動化控制，燒成工藝向低溫快燒方向發(fā)展，燒成溫度為1 200 ℃左右，燒周期控制在16 h左右，能耗大幅度降低，同時大大減少了對環(huán)境的污染，明顯提高了產(chǎn)品的質量檔次水平，產(chǎn)品合格率由過去的不到80%提高到90%左右。

5.1 衛(wèi)生陶瓷燒成窯爐的發(fā)展

燃煤倒焰窯——燃煤隧道窯——寬斷面燃氣(梭式窖)隧道窯

匣缽燒成——無匣缽燒成——電腦梭式窯——自動隧道(輥道)窯

5.2 衛(wèi)生陶瓷燒成燃料的發(fā)展

燃煤——重油——煤氣——液化石油氣、天然氣

6 衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)工藝過程主要工序簡述

從原料進廠到產(chǎn)品出廠，衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)過程大體可分為以下工序：產(chǎn)品概念、設計、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、安裝配件、功能檢測、產(chǎn)品包裝等工序，不同的工序配有不同的檢驗檢測設備。

7 衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)主要節(jié)能措施

7.1 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，成形時模具所吸收的水分無須通過干燥排除，而是用壓縮空氣吹出，節(jié)省了模具干燥熱耗，成形后坯體水分下降了2%，可節(jié)省坯體干燥熱耗，可節(jié)約綜合能耗的12%左右。

7.2 隧道窖窯爐余熱利用減少能耗

采用逐級回收余熱的方式實現(xiàn)超低溫余熱排放，極項節(jié)能及降低CO2、NOx的排放量。

針對隧道窖的排水氧化分解、排煙管道、急冷等不同階段的結構特點，設置熱發(fā)生爐、螺旋形吸熱空氣管道、無縫管的冷熱風換取裝置等不同余熱回收利用技術裝置，達到余熱綜合利用及降低排放的目的。

設置蓄熱相變復合材料的余熱利用裝置，使窯爐出現(xiàn)余熱供應不足或溫度波動時，通過蓄熱相變復合材料的熱釋放滿足生產(chǎn)要求，達到在回收煙氣余熱的同時，提高換熱效率、降低CO2、NOx的排放量的有機結合。

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 ℃的高溫煙氣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，因為排放煙氣帶走的熱量高達總熱量的30%～40%，傳統(tǒng)的余熱回收方法(預埋鋼管法、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，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，中間隔板將兩側通道隔開，熱管為全翹片管，單根熱管可更換。工作時，高溫煙氣從左側通道向上流動沖刷熱管，此時熱管吸熱，煙氣放熱溫度下降。將熱管吸收的熱量導至右端，冷空氣從右側通道向下逆行沖刷熱管，此時熱管放熱，煙氣放熱溫度下降，熱管將吸收的熱量導致右端，冷空氣從右側通道向下逆向沖刷熱管，此時熱管放熱，空氣吸熱溫度升高。余熱回收器出口煙氣溫度不低于露點。其綜合能耗可節(jié)約10%～15%。

7.3 節(jié)能設備利用減少能耗

在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)工業(yè)中，原料加工設備的動力能耗一般占整個動力耗能的60%左右，而球磨機的動力能耗最大，采用大噸位球磨機節(jié)電效果非常顯著，20 t、30 t、50 t以至100 t的間隔式球磨機已投入使用已取得更為顯著的節(jié)電效果。

7.4 建立干燥室減少能耗

20年前大多數(shù)衛(wèi)生陶瓷企業(yè)在坯體干燥方面都存在共性問題，沒有專門的快速干燥(室)設備，坯體在成形室原位干燥，不但占用很大的面積，而且會影響成形工人的勞動環(huán)境，廠房面積大，干燥溫度低，濕度無法控制，能源浪費嚴重。把坯體干燥和模具干燥分開，建造衛(wèi)生陶瓷坯體快速干燥室，成形后的濕坯在第二天移進快速干燥室干燥，縮短坯體干燥周期，同時還改善了成形車間環(huán)境。

20世紀80年代，國產(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24 h，單位熱耗為3 700×4.18 kj/kg水；90年代引進帶旋轉風機的衛(wèi)生陶瓷坯體室式干燥室，干燥周期12～16 h，單位熱耗為(1 370～1 850)×4.18 kj/kg水；國內自主開發(fā)的新型干燥器——少空氣室式快速干燥器，干燥周期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爐干燥坯體的使用。

7.5 新型節(jié)能窯爐的選用節(jié)省能耗

衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)最大的能耗是產(chǎn)品燒成段，約占產(chǎn)品單位綜合能耗的60%，而窯爐燒成技術的發(fā)展可謂是日新月異，先進窯爐的能耗是落后窯爐能耗的一半以上，目前應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，機動性大，可取消夜間生產(chǎn)，在潮州產(chǎn)區(qū)已經(jīng)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衛(wèi)生陶瓷的主流窯爐，全國各大產(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，只有新國標GB 21252《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能耗限額》中的先進值的不足50%，先進的隧道窯比先進的梭式窯要節(jié)能30%左右，因此建議創(chuàng)造條件進行并購來淘汰小規(guī)模企業(yè)，大力擴大大型寬體節(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和節(jié)省燃料，整條窯爐的窯墻內襯都使用輕質保溫材料。結合輕質保溫磚的耐用性和陶瓷纖維棉的低蓄熱，針對窯爐的不同區(qū)段設計了相應的磚棉混合結構，既保證了窯爐的耐用性又最大限度地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(見圖1)。

圖1 大型寬體節(jié)能隧道結構

8 衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的未來希望

以上是根據(jù)對部分衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的了解及參考相關專家的文獻資料。在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)進行新技術、新工藝的改造應用，引進先進節(jié)能窯爐及規(guī)?；a(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，充分提高能源的利用率，先進的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的綜合能耗比國家強制性標準GB 21252-2013《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，綜合能耗先進值可控制≤150 kgce/T瓷，對當前產(chǎn)業(yè)升級及國家環(huán)保政策的要求還是能找出行業(yè)的出路。

面對當前嚴峻的形勢，既是衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)的危機，也是良好的機遇，希望行業(yè)能共同創(chuàng)造條件并構、整合、分散小規(guī)模工廠、小作坊，形成規(guī)?；a(chǎn)，減少梭式窯爐生產(chǎn)，大力擴大大型寬體隧道窯的投入，從而進一步降低單位產(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，開源節(jié)流，重新創(chuàng)造新時期中國建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的輝煌。