陶瓷原料生产节能新技术探讨
作者：张裕泰江海东陆刚黄宝荣
来源：《佛山陶瓷》2016年第06期
摘要：中国政府承诺到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，到2030年，单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%。这意味着节能降耗工作将继续进行下去。建筑陶瓷是佛山的主要产业之一，品牌、规模和技术工艺在全国处于领先地位，在我市一百多家国家万家用能企业中，陶瓷企业能源消耗总量占36%，而生产过程中，原料加工工序能耗约占总能耗的30%，所以深入挖掘原料加工过程的节能潜力，对全面完成“十三五”节能目标有重要意义。本文通过对多家陶瓷生产企业调研，对一些正在实施的节能新技术进行分析评估，对“立磨预粉磨+连续球磨技术”、“干法制粉技术”等可应用于原料加工工序的节能技术进行分析，供同行业参考。
关键词：陶瓷原料；节能新技术；干法制粉；连续球磨技术
1 引言
佛山是建筑陶瓷主产区，集中了新明珠、蒙娜丽莎、欧神诺等著名品牌企业以及科达机电、摩德娜、中窑公司等陶瓷装备龙头企业，使佛山市的建筑陶瓷企业无论在品牌、品种、工艺、技术装备和管理都处于全国领先水平。经过近十年的努力，佛山建陶业实施了变频改造、余热利用等多项节能效果明显的措施，产品能耗明显下降。
原料加工是陶瓷生产三个主要耗能工序之一，主要设备有球磨机、喷雾干燥塔等，能耗约占生产总能耗的15%，虽然占比不大，但目前该工序的生产工艺仍较为落后，所以深入挖掘原料加工过程的节能潜力，对全面完成“十三五”节能目标有重要意义。
本文通过对多家陶瓷生产企业调研，对一些正在实施的节能新技术进行分析评估，对“立磨预粉磨+连续球磨技术”、“干法制粉技术”等可应用于原料加工工序的节能技术进行分析，供同行参考。
2 能源结构与工序能耗情况
据2014年统计资料，列入我市重点用能企业监管名单共194家，能源消费总量714.12万吨标煤（tce，下同），其中陶瓷企业55家，综合能耗261.13万tce ，占总能耗的36.6%。图1为佛山市重点用能企业陶瓷行业综合能耗变化，从图1可以看出，我市陶瓷生产企业2010年～2014年四年间用能能耗有所下降，年均下降2.87%，能耗下降主要有以下几方面原因：
1）部分产能转移至外地；
2）市场需求减缓；
3）产品向精细化、高档化发展，烧成速度减慢，总能耗有所下降；
4）广泛应用节能技术，单位产品能耗逐年下降。
2.1 陶瓷企业能源结构
2.1.1陶瓷企业能源消耗量
对佛山市六家较大型建筑陶瓷企业2014年能源消费状况进行分析，按能源品种进行分类，生产过程中煤或煤制品能耗占85%，电耗占9.87%，如表1所示。
2.1.2陶瓷企业各工序能源消耗量
根据五家建筑陶瓷企业的测试数据，在某生产周期内各工序能耗数据如表2所示。从表2可以看出，烧成工序是主要耗能工序，占67.41%，原料工序能耗占企业总能耗约30.35%，其中电耗占31.12%。
2.2 原料加工节能新技术
2.2.1立式磨与连续球磨工艺
传统的球磨工艺为间歇式生产，物料在粉磨过程中不可避免地会出现“过度粉碎”现象，已达到了细度要求的物料不及时排出，仍然在机内继续球磨消耗能量，使粉碎机生产能力降低，能耗增加。
连续球磨工艺是通过把传统的间歇式陶瓷原料研磨工艺，改进为连续式的球磨工艺。用较少的设备、人工和占地，达到持续不断地生产，从而提高产量，降低原料制造成本。
立式磨机是利用磨机的涡轮与反击机构把物料带起并高速运转，在离心力的作用下，向磨机筒体的周边甩出，冲击、撞向筒壁，同时在气流的作用下，物料自下而上形成一圆形物料墙幕，物料不断加入，又不断甩出，不断被抛向和撞击着反弹回来的物料，也就是物料打击物料，致使物料一个或者多个断面上产生无数的裂纹并不断扩大、加深和延伸，从而使物料裂解成微粒碎，它集冲击、撞击、挤压、剪切、磨剥于一身，快速完成物料破碎过程。
立式预粉磨与连续球磨机在陶瓷原料粉磨中的联合应用，是针对目前传统单一球磨加工工艺的二段粉磨技术，是今后陶瓷原料加工发展方向。其将砂石料经立式预粉磨机进行粉磨处理后，再进行筛分，合格粉料送入下工序的连续球磨机进行研磨，不合格粉料回磨。其他泥料经破碎、化浆、分离，合格浆料送入连续球磨机进行混合研磨。此工艺避免大的物料在球磨机初始粉碎阶段的大能量消耗，大大地缩短了原料的球磨时间和能耗。
由于“立式预粉磨+连线球磨技术”改造量大，工艺调整内容多，有较大的技术难度，部分企业会采取过渡方案，即：“立式磨机+传统球磨机”组合方案，采用立式磨机分类粉碎，后段用传统方法球磨，工艺流程如图2所示。
2.2.2干法制粉技术
湿法制粉是墙地砖生产的传统工艺，原料加水细磨成含水量为40%左右的泥浆，泥浆过筛后经液压柱塞泵送入喷雾干燥器造粒，造粒后经筛分及陈腐成为含水量约5%～7%的陶瓷粉料，然后干压成型。
干法制粉工艺是将各种原料单独粉碎到一定粒度后配料细磨，细磨后筛余料返回细磨工序，符合粒度要求的筛下料经增湿造粒机增湿造粒成含水量约10%～12%的陶瓷粉料颗粒，再经干燥及振动筛分后，筛上料经微破碎后再次进入振动筛，筛下料送至料仓陈腐后，干压成型。干法制粉工艺流程如图3所示。
干法制粉需解决的关键技术：陶瓷原材料预均化处理，粉磨与分选，干法造粒，成套的、连续的干法制粉装备达到产业化规模并实现自动化。
干法制粉与湿法制粉两种工艺的能耗水耗对比如表4所示。
3 节能潜力计算
3.1 立式磨与连续球磨工艺节能潜力
“立式预粉磨+连线球磨技术”已有成功案例，预计到“十三五”末，在我市推广面可达到20%。以2014年陶瓷重点用能企业能源消耗量261.13 tce为计算基数，按电力占总能耗
9.87%，原料工序电耗占总电耗30.68%，球磨机占原料工序电耗约70%，节能率50%计算：
项目年节能量=综合能耗计算基准×电能占百分比×原料工序电耗占比×球磨机占原料工序电耗比×推广面×节电率=261.13×9.87%×31.12%×70%×20%×50%=0.56
万tce。
“立式磨机+传统球磨机”组合，球磨机浆料粉磨时间可缩短40%～45%，节能40%。预计到“十三五”末期50%陶瓷企业应用此技术。
项目节能量=综合能耗计算基准×电能占百分比×原料工序电耗占比×球磨机占原料工序电耗比×推广面×节能率=261.13×9.87%×31.12%×70%×50%×40%=1.12万tce。
球磨系统改造合计节能量：0.56+1.12=1.68万tce。
