建筑陶瓷行业清洁生产分析

建筑陶瓷行业清洁生产分析1前言我国建筑陶瓷工业随着国民经济发展得到迅速发展，为发展国民经济和提高人民生活质量做出了重要贡献。目前我国有3000多家建筑陶瓷厂，据中国陶瓷工业协会统计，中国是目前世界最大的陶瓷砖生产国、消费国和出口国。2009年中国建筑陶瓷砖产量超过68亿平方米，约占世界总产量的65%，出口6.88亿平方米，超过全球陶瓷砖贸易总量的42%。我国是陶瓷生产大国但还不是强国，目前我国陶瓷行业存在着企业数量多、规模小、能耗高、污染严重等问题。陶瓷工业已列入全国节能减排的六大重点行业之一，在节能减排日益引起全社会关注的今天，建筑陶瓷砖的节能减排现状应当特别引起业内的关注。2陶瓷生产中的污染及耗能陶瓷行业是一个高能耗的行业，能耗占陶瓷生产成本的30%～40%，陶瓷的高能耗必然带来高污染，陶瓷业对我国的环境造成很大破坏，特别是陶瓷发展迅速的产区及周边地区更为严重。陶瓷工业污染物排放总量较大，陶瓷工业原辅材料及能源消耗过大，主要体现在如下几个方面：2.1废气污染陶瓷工业废气大致可分为两大类。第一大类是含生产性粉尘为主的工艺废气。这类废气温度一般不高，主要来源于坯料、釉料及色料制备中的破碎、筛分、造粒及喷雾干燥等。第二类为窑炉烧成及部分干燥阶段的高温烟气。烟气中有毒气体的种类和数量与燃料的品种有关，一般含有CO、SO2、NOX、氟化物和烟尘等。2.2废水污染陶瓷生产中的废水主要来自原料制备、釉料制备工序及设备和地面冲洗水、窑炉冷却水。在墙地砖生产线中，还包括喷雾干燥塔冲洗和墙地砖抛光冷却水。原料精制过程中的废水，主要污染物为悬浮物，通常悬浮物颗粒较细；抛光废水主要产生在研磨、抛光、磨边、倒角等工序中，主要含有瓷砖粉末、抛光剂和研磨剂；设备和车间地面冲洗水包括球磨机、浆池、料仓、喷雾干燥塔的冲洗，施釉、印花机械、除铁机械的冲洗等，该类废水的污染物成分比较复杂，主要含有硅质悬浮颗粒、矿物悬浮颗粒、化工原料悬浮颗粒、油脂、铅、镉、锌、铁等；设备间接冷却水无污染，主要为温度较高。目前大部分企业都进行了污水合理处理2.3固体废物污染全国陶瓷废料的年产值估计在1000万吨以上，陶瓷废料的堆积挤占土地，增加空气中粉尘的含量，同时耗费大量的原料；大量的陶瓷废料带来的环境问题都将制约着陶瓷工业的可持续发展。固体废物包括废品、废渣、废模型等。2.4原辅材料及能源消耗据统计2009年我国建筑陶瓷砖总产量超过68亿平方米，以单位面积产品重量22kg计，2009年陶瓷砖行业消耗掉的原辅材料约为1.5亿吨，实际耗费的原材料要远高于这个值，大量原料的开采极大破坏了自然环境。国内陶瓷砖综合能耗水平：大规格瓷质抛光砖(800×800mm以上)：6.0-11公斤标准煤/平方米；瓷质砖(600×600mm以下)：5.0-6.5公斤标准煤/平方米;瓷质外墙砖：3.5-4.5公斤标准煤/平方米;陶质内墙砖(800×800mm以上)：5.5-6.5公斤标准煤/平方米。这里粗略以每平方米陶瓷砖产品耗费6公斤标准煤计算，2009年我国陶瓷砖行业消耗的能源超过4000万吨。3行业节能减排的措施我国节能减排、节能降耗形势非常急迫。各陶瓷主产区都纷纷推出节能环保治理政策，鼓励陶瓷企业采取各种措施进行节能减排。同时各级、各地政府相继推进产业环保升级，支持企业进行设备、技术和产品改进。3.1瓷砖薄型化企业在节能减排、节能降耗压力下，开始进行产品的升级换代，大规格陶瓷薄板以及减薄型瓷砖就是在这样的形势下诞生的产品。预计两年内国家相关部门会推出瓷砖厚度新标准，新标准将在现有标准上对瓷砖减薄10%。如果这一标准出台实施，薄型瓷砖的生产、应用将进入实质阶段。业内人士分析，陶瓷砖减薄10%，每年至少节约能源500万吨标准煤，少用原料2000万吨以上，减少CO2排放约1300万吨。3.2废渣回收利用随着陶瓷工业的快速发展，陶瓷工业废渣日益增多，不仅对城市环境造成巨大压力，而且限制了陶瓷工业的可持续发展。近年来，政府和企业投入巨大财力物力研究陶瓷废渣如何回收利用，并取得了很好的效果。据报道，佛山市溶洲建筑陶瓷二厂有限公司成功利用陶瓷废砖坯作为主要原料生产出外墙砖；广东宏陶陶瓷有限公司在陶瓷釉面砖生产中使用18%陶瓷废渣等作为原料。各生产企业在抛光砖废渣循环利用方面同样取得重大突破，抛光废料主要的再利用方式是做轻质砖，目前欧神诺的轻质砖及蒙娜丽莎的QQ板就是利用抛光废料为主要原料生产出来的。3.3矿物原料的综合有效利用普通陶瓷的主要原料是天然矿物资源，我国每年消耗大量的粘土、长石、石英等天然矿物，优质的粘土如黑泥、球粘土、优质高岭土、优质长石等资源面临枯竭的危险，故各陶瓷企业都加倍珍惜，物尽其用，将优质原料用在高品位产品和产品的关键部位上，对中、低档产品及产品中非关键部位采用中低档原料如含铁、钛等着色矿物较多的粘土、长石等陶瓷原料。另外为缓解优质矿物资源日渐枯竭的局面，不少企业在寻找替代原料，例如有陶瓷企业为了不受优质长石资源的制约，采用锂辉石、珍珠岩尾矿、霞石正长岩等作为代用原料。事实证明，近十多年来，各个陶瓷品种都已经在使用长石代用原料，而且绝大部分的效果不错，有些产品在使用了长石代用原料后，比使用长石原料更能显示出节能降耗效果和产品的优越理化性能。3.4窑炉节能陶瓷行业大量使用各种形式的工业窑炉，一般有池窑、辊道窑、隧道窑、梭式窑等，窑炉耗能占全厂总能耗的60%以上。各种工业窑炉在使用过程中从窑体散发的热量和从烟囱冒出的烟气带走的热量超过总能耗的二分之一，因此各个窑炉企业主要围绕这两方面对窑炉进行节能改造。可以看出，用于陶瓷材料本身性能所需的物化反应热只占整个热能支出的13%，也就是说还有87%的热能做了无用功。减少这部分无用功有很大的节能空间，从表1中又知它主要包括窑炉散热损失和产品、烟气带出显热，因此减少窑炉散热损失、回收产品和烟气的显热是降低烧成环节能耗的关键，实际上窑炉保温和余热利用也正是目前使用较为普遍、操作性强、节能效果显著的技术改造措施。3.4.1窑体密封保温窑体散热是热量损失的主要部分，窑体保温是减少这部分热量流失的主要手段。减少窑炉的散热损失，可以通过增加窑炉墙体的厚度，或选择导热系数较低的耐火材料和保温材料，也可以通过改变窑炉墙体砌筑结构来实现。另外窑炉墙体密封对窑炉保温效果起到至关重要的作用，密封可以防止窑体漏气和穿火而烧到保温材料，另一方面可减少窑体的热损失。3.4.2余热回收利对于另一个主要热量损失---烟气，可以采取一些热回收装置进行余热回收，常用的方式是利用蓄热室、换热器等装置进行热回收。余热回收利用，对于窑炉的节能，提高窑炉的热效率是一条很重要的途径，最有效的是用作助燃风，提高助燃温度，有利用提高燃料的燃烧温度，加快燃烧速度，稳定窑内燃烧，提高助燃空气温度，也是利于提高燃料的燃烧效率，促进燃料的完全燃烧，可做到节能、减排双赢。3.4.3富氧燃烧技术采用热回收装置可以把废气带走的热量进行回收，减少热量损失，也可以采用改变普通空气助燃富氧空气或全氧助燃的方法，目的是通过减少需要加热的阻燃气体量和减少废气的排放量来减少热量损失。在干燥空气中，按体积计算，含有21%的氧气，其余79%是氮气以及其他不参与燃烧的气体，由于大量不参与燃烧反应气体的存在，增加了燃烧产物的数量，使废气带走的热量增多。如果采用富氧代替空气助燃，既可提高火焰温度，又可降低排烟热损失，从而节约能源。3.4.4采用脉冲控制比例燃烧技术目前我国新型陶瓷窑炉大量采用等温烧嘴，脉冲烧嘴，高速烧嘴等新型烧嘴，改造拟采用脉冲控制比例燃烧技术（2006年12月获国家实用新型专利）代替传统的燃烧技术，即以脉冲高速烧嘴代替企业原有的烧嘴系统。其优点表现在：在烧嘴较低的供热负荷下，燃烧空气系数可精确调节，能获得较均匀的炉温和较高的炉内传热系数，并消除了过剩空气排出炉外带走的热量，节省燃料，与传统烧嘴相比，可以节约10%～15%的燃料。3.5低温烧成的研究由于陶瓷生产普遍采用高温烧成（一般在1200℃以上），烧成能耗占生产成本的30%以上，因此对低温烧成技术的研究是实现节能降耗的有效途径之一。近来，海外一公司已研制成功一种低温烧成陶瓷用坯料。这种低温烧成坯料由高品位高岭土62～82%（以灼烧后无水状态含量计）、平均粒径在1.5μm以下的碳酸钙（以灼烧后CaO含量计）18～38%和硼硅酸玻璃粉1～30%为基料，按需加入颜料、有机添加剂等而配成。据称，这种坯料可在900℃低温下瓷化，即使升温至1200℃高温也不会软化变形，这一研制成果已获得专利。3.6清洁能源的利用能源危机和环境污染是我们社会可持续发展急需解决的难题之一，我们在利用化石能源创造了空前经济繁荣的同时，也带来了能源短缺和环境恶化的后果，而清洁能源的引用，为企业的可持续发展带来了新的生机。我们通常将对环境友好的能源，即环保、排放少、污染程度小的能源称为清洁能源。清洁能源主要有洁净煤技术、电、太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、潮汐能、氢能等，其发展至今在我国正得到越来越广泛的应用。在陶瓷行业，洁净煤技术如水煤浆和水煤气技术已经在喷雾塔和陶瓷窑炉烧成上得到很广泛的应用，其技术也日益成熟。泥浆含水率低，干燥所需热就少，但是低的泥浆流动性又不好，流动性差雾化效果就差。为解决这一矛盾，生产中通常加入合适的稀释剂(减水剂)或电解质(如水玻璃、纯碱、腐殖酸等)来调节泥浆流动性的同时降低泥浆的含水率。某企业采用复合减水剂，喷雾干燥塔的水分由39．5％减至36％，球磨时间缩短5h，每吨粉节电16．5元，产量增加18．8％，年节约达150多万元3.7喷雾干燥节能3.7.1降低陶瓷泥浆的含水率提高泥温度可有效降低泥浆粘度，改善泥浆雾化性能，防止因泥浆结晶而堵塞雾化喷嘴。所以可以利用出塔热风回收的余热来预热泥浆，这是能源循环利用的有效途径。3.7.2提高陶瓷泥浆的温度3.8采用变频技术改造主要电机近年来随着机电一体化技术水平的不断提高，交流变频调速已成为一种发展较为成熟的技术。作为电机系统节能的主要组成部分，是国家“十一五”期间推广的十大重点节能工程之一。交流变频调速传动具有以下特点：可以使普通异步电动机实现无级调速；启动电流小，减少电源设备容量；启动平滑，消除机械的冲击力，保护机械设备；对电机具有保护功能，降低电机的维修费用；具有显著的节电效果对球磨机、空压机、压砖机以及风机加装变频器，实现变频调速，保证电机在适宜的转速下运转，最大限度的节约电能。电机加装变频装置可实现节电8%～10%。