我國對于能源管理和節(jié)能減排工作一向是十分重視的。到了上世紀90年代中期 ，國家更是把節(jié)能減排工作放在了極其重要的地位和突出的位置上。1997年頒布，并于1998年1月1日開始施行的《節(jié)約能源法》，就是國家以立法的形式所做的宣示和努力。經(jīng)過十年的實踐，又于2007年頒布了新的《節(jié)約能源法》，并已于2008年4月1日開始施行。新的節(jié)約能源法對節(jié)能途徑、合理使用與節(jié)約能源、節(jié)能技術(shù)進步、激勵措施和法律責(zé)任等均作了非常詳細的規(guī)定和說明。特別是在合理使用與節(jié)約能源一章中，在作出一般規(guī)定后 。更是對工業(yè) 、建筑、交通運輸 、公共機構(gòu)和重點用能單位的節(jié)能分別列出了具體的條款 ，極具可操作性 ，便于實施、監(jiān)督和管理 。它的施行必將極大地促進節(jié)能減排工作的進程 ，并大大提高能源管理的水平，為使國民經(jīng)濟可持續(xù)地，健康、高速地發(fā)展起到保障和推進作用。
“陶瓷工業(yè)已成 為我國各行業(yè)中的耗能大戶”之一。以建筑陶瓷行業(yè)的濕法生產(chǎn)工藝為例，其主要的耗能過程或設(shè)備是球磨機、噴霧干燥塔 、壓磚機和燒成窯爐。另外，泵和通風(fēng)機的耗電，產(chǎn)品后期的冷加工研磨、拋光等機械設(shè)備耗電 ，制取耗能工質(zhì)(水 、氧氣、氮氣、氫氣、壓縮空氣等 )的耗能也不可忽略。其中燒成窯爐的能耗約占總能耗的一半以上 ，干燥過程能耗可占總能耗的 20％左右。也就是說 ，窯爐 、干燥 器等熱設(shè)備的熱耗可能占到行業(yè)總能耗的80％以上 ，而且還造成嚴重的環(huán)境污染 ，加劇了地球的“溫室效應(yīng)”，對全球氣候產(chǎn)生重大影響 。因此 ，我們理應(yīng)對這些熱設(shè)備及其過程給予更多的關(guān)注，依照新的《節(jié)約能源法》，促進技術(shù)進步, 一步地做好節(jié)能減排工作。
在窯爐和干燥器等熱設(shè)備中，燃燒是最基本的過程，是其“源 ”，而各種傳遞過程則不過是“流 ”。我們理應(yīng)對燃燒給予更多的關(guān)注 ，并通過對它的充分研究 ，更好地達到節(jié) 能和減排的目標。近一些年來 ，對于燃燒過程的研究 ，不論是數(shù)學(xué)分析 ，還是實驗與試驗研究 ，以及數(shù)值模擬研究均有了很大的進展。在某些領(lǐng)域 ，諸如對富氧燃燒 、全氧 (純氧 )燃燒 、高溫低氧燃燒等方式的研究與應(yīng)用方面 ，甚至有較重大的突破性進展 ，從而使燃燒技術(shù)有了許多質(zhì)的飛躍。一些研究成果在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用后 ，節(jié)能 、減排效果明顯 ，引起了各有關(guān)方面的極大關(guān)注和濃厚興趣 。
燃料及其熱工特性對于燃燒過程和熱設(shè)備的影響常常是決定性的。一些發(fā)達國家的陶瓷工業(yè)的窯爐熱工技術(shù)從20世紀 50年代末開始至 70年代初，隨著燃料結(jié)構(gòu)的改變，即由燃煤、重油等轉(zhuǎn)向使用天然氣、液化石油氣和輕油等潔凈燃料 ，實現(xiàn)了窯爐熱工技術(shù)的突破 。在這些技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生并發(fā)展了全新一代窯爐。它們的技術(shù)經(jīng)濟指標性能比原有窯爐高得多，從而使窯爐變成了機電一體化、有較高技術(shù)含量的“燒成機器”。而在我國 ，由于受到天然資源富煤、缺油、少氣特點的限制，陶瓷工業(yè)的熱設(shè)備的燃料結(jié)構(gòu)問題一直是制約其發(fā)展的“瓶頸”。因此，怎樣解決這一問題 ，也很值得我們深思和討論。
本文擬借此機 會介紹一些適合陶瓷工業(yè)應(yīng)用的燃燒技術(shù)的進步，并著重討論陶瓷工業(yè) 用燃料的選擇、潔凈煤技術(shù)和幾種新的燃燒方式以及相關(guān)的節(jié)能減排問題 。作為拋磚引玉 ，以期引起同行們的關(guān)注和熱議 。
燃料結(jié)構(gòu)與節(jié)能減排
陶瓷工業(yè)用燃料的選擇和比較
工業(yè)窯爐對燃料在技術(shù)方面的要求主要有以下內(nèi)容 ：
(1) 窯爐溫度：根據(jù)各種工藝要求的不同，工業(yè)窯爐對溫度的要求也相差很大，但大多數(shù)在 1600℃以下。
(2) 燃燒穩(wěn)定性：某些需要連續(xù)運行的窯爐 ，尤其要求燃料能長期、穩(wěn)定、高效地連續(xù)燃燒 。
(3) 煙氣清潔性：由于工藝上的要求，某些窯爐對燃料中的灰十分敏感。因為燃料中的灰分非常容易污染產(chǎn)品，因此這些窯爐要求煙氣必須十分清潔或是煙氣中的灰分對產(chǎn)品質(zhì)量影響不大。
(4) 窯爐氣氛：大致可分為中性或輕微氧化性、必須呈還原性和無要求等幾種情況 。
(5) 負荷調(diào)節(jié)性：對于一些工況需要經(jīng)常調(diào)整的窯爐，要求其負荷能在較大的范圍內(nèi)加 以調(diào)節(jié)。
(6) 啟動點火：對于一些頻繁啟停的窯爐，要求燃料的點火容易并且快捷。
從陶瓷制品的燒成工藝角度來看 ：一般地講，燒成溫度不太高，多在 1200～1350℃。但燒成溫度范圍卻不是很寬 ，因此對窯膛內(nèi)部的溫度的均勻性要求較高。而對火焰的形狀剛性等常常并無特殊的要求。有些陶瓷制品還要求用還原氣氛燒成。
陶瓷工業(yè)的燃料結(jié)構(gòu)長期以來一直未能確定 ，且缺少長遠的政策性指導(dǎo)。隨著燃料供應(yīng)情況的變化，已發(fā)生過多次大的轉(zhuǎn)移，從而造成不小的損失。“因地制宜”和“充分利用資源”等政策也難以落實。 目前的陶瓷工業(yè)中 ，還有不少中、小型企業(yè)在使用非潔凈燃料。直接燃用煤炭和重油等，對環(huán)境的污染十分嚴重。
對于陶瓷工業(yè)的各個行業(yè)來講，采用潔凈燃料就能使用明焰裸裝的窯爐，此類窯爐的熱耗最低，產(chǎn)品質(zhì)量也最好。因此，采用潔凈燃料應(yīng)該是陶瓷工業(yè)的方向。根據(jù)上面提出的工業(yè)窯爐對燃料的技術(shù)要求，再綜合節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟和環(huán)保等方面來看，燃料自優(yōu)至 劣的順序為：天然氣 一 液化石油氣 一 輕柴油 一 人造煤氣 (空氣 一 水蒸氣混合煤氣、焦爐煤氣、二段式發(fā)生爐煤氣等) 一 重油 一 煤。而單從經(jīng)濟角度看，以單位產(chǎn)品的燃料費計，人造冷煤氣可能是最便宜的，但帶來的環(huán)境污染卻 比較嚴重。作為燃料政策的權(quán) 宜之計 ，陶瓷制品燒成用燃料在近期(3～5年內(nèi))應(yīng)更多地鼓勵使用一些潔凈燃料 ，如天然氣 、液化石油氣 、柴油等 ，這樣有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低單位產(chǎn)品的能耗。
但是根據(jù) 中國的燃料資源構(gòu)成的現(xiàn)實狀況 ，決定了我國的燃料以煤為主的基本國策。然而，陶瓷工業(yè)如果直接燒煤，則產(chǎn)品檔次低、能耗高，污染又十分嚴重，顯然是行不通的。當前廣為采用的一些煤制氣技術(shù)，如一段式發(fā)生爐煤氣 ，含酚廢冷卻水的凈化問題 未徹底解決，環(huán)保不允許 ；二段式發(fā)生爐煤氣技術(shù)較好，但投資大 ，對煤種和操作上又有專門的要求，大部分小企業(yè)難于使用。這些問題使陶瓷工業(yè)陷入了極大的困境，亟待尋找出路。
潔凈煤技術(shù)
新的《節(jié)約能源法》中對于工業(yè)節(jié)能明確提出：各級政府要 “推進能源資源優(yōu) 化開發(fā)利用和合理配置，推進有利于節(jié)能的行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 ，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)和企業(yè)布局”，各管理節(jié) 能工作的部門要會同有關(guān)部門“制定節(jié)能技術(shù)政策 ，推動企業(yè)節(jié)能技術(shù) 改造 。”“國家鼓勵 工業(yè)企業(yè) 采用高效 、節(jié)能的電動機 、鍋爐 、窯爐 、風(fēng)機 、泵類等設(shè)備 ，采用熱 電聯(lián)產(chǎn) 、余熱余壓利 用、潔凈煤以及先進的用能監(jiān)測和控制等技術(shù)”。由此可以看到 ：擺在陶瓷工作者面前的任務(wù)有多么巨大和艱巨。首先讓我們來考察一下這些新任務(wù)。
潔凈煤技術(shù)最早于上個世紀80年代中期由美國提出 ，并于1986年推出“潔凈煤技術(shù)示范計劃”。歐盟和日本也從上世紀 80到90年代開始相繼投入巨資，開展?jié)崈裘杭夹g(shù)的研發(fā)。盡管各國的發(fā)展進度不同，各有側(cè)重，各具特色 ，但大體可歸納為以下不同領(lǐng)域 ：
(1) 燃燒前的加工轉(zhuǎn)化技術(shù) ：包括先進的洗選技術(shù)，煤的氣化技術(shù) ，煤層氣開發(fā)利用技術(shù)，廢煤處理技術(shù)，水煤漿的制備、輸送和使用技術(shù)等 。
(2) 先進的燃煤發(fā)電技術(shù)：包括超臨界煤粉燃燒循環(huán)發(fā)電技術(shù)、循環(huán)流化床 燃燒發(fā)電技術(shù)、加壓流化床發(fā)電技術(shù) 、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù) 、高效能外燃發(fā)電技術(shù)等。
(3) 煤燃燒后的脫硫 、脫氮及污染控制技術(shù)：包括石灰 ／石膏法煙氣脫硫技術(shù) 、煙氣除塵技術(shù)、高溫低氧燃燒技術(shù)等。
(4) 非傳統(tǒng)的煤基發(fā)電技術(shù) ：包括先進的煤基燃料電池發(fā)電技術(shù) 、磁流體發(fā)電技術(shù)等。
1997年我國也批準通過了潔凈煤技術(shù)發(fā)展規(guī)劃 ，明確了我國潔凈煤技術(shù)的主要領(lǐng)域及 主攻的技術(shù)項目。這一規(guī)劃是在吸收國外技術(shù)并結(jié)合我國國情實際制定的，盡管與國外的情況不盡一樣 ，但總的方向并無太大差別。
可以看出：潔凈煤技術(shù)包含從煤炭開發(fā)到轉(zhuǎn)化利 用及其凈化處理的全過程 ，因此潔凈煤技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用范圍很廣、種類很多。水煤漿制備 、輸送和使用技術(shù) ，煤的氣化技術(shù)等是與陶瓷工業(yè)關(guān)系比較密切 ，且又比較成熟而典型的技術(shù)。下面我們對這些技術(shù)分 別做一些討論。
水煤漿制備 、輸送和使用技術(shù)
水煤漿是一種新型流體燃料 ，它可以在鍋爐和窯爐內(nèi)穩(wěn)定地著火燃燒 。由于在加工制造過程中可 以通過技 術(shù)處理 除去原煤中一部分灰分和硫分 ，所以水煤漿是一種較為潔凈的燃料。在建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè) 中，將 煤加工成 水煤漿用于陶瓷磚噴霧干燥制粉 ，已在廣東、山東等瓷區(qū)推廣使用，節(jié)能效 果和經(jīng)濟效益顯著 。
但是由于水煤漿直接噴入窯爐內(nèi)燃燒后 ，其灰分會沾污制品 ，尤其是對于有釉的高檔產(chǎn) 品是不能允許的，因此限制了水 煤漿在陶瓷工業(yè)中的進一步推廣應(yīng)用。據(jù)報道 ：在玻璃行業(yè)中，已有利用低硫、低灰的石油焦制咸水焦?jié){，在浮法玻璃熔窯中成功應(yīng)用。這對陶瓷工業(yè)可能有一定的借 鑒意義和參考價值 。
但是由于水煤漿直接噴入窯爐內(nèi)燃燒后 ，其灰分會沾污制品 ，尤其是對于有釉的高檔產(chǎn) 品是不能允許的，因此限制了水 煤漿在陶瓷工業(yè)中的進一步推廣應(yīng) 用。據(jù)報道 ：在玻璃行業(yè)中，已有利用低硫、低灰的石油焦制咸水焦?jié){，在浮法玻璃熔窯中成功應(yīng)用。這對陶瓷工業(yè)可能有一定的借 鑒意義和參考價值 。
煤的氣化技術(shù)
經(jīng)過100多年的技術(shù)研究和開發(fā) ，多種煤炭氣化技術(shù)得到了工業(yè)應(yīng)用。近一些年來 ，又開發(fā)了一系列新型的煤的氣化技術(shù) 。它們的共同特點是：
(1) 改變了傳統(tǒng)的常壓氣化技術(shù)，將壓力提高到 4．0—8．0MPa，從而可以大幅度地提高生產(chǎn)能力，并可降低后續(xù)加工工藝的能耗；
(2) 大幅度地提高了煤炭的利用率 ，碳的轉(zhuǎn)化率可以從70一80％提高到 94—99％，從 而節(jié)約煤炭資源 ；
(3)煤的氣化與粗煤氣加工技術(shù)相結(jié)合，可以脫除絕大部分對環(huán)境有害物質(zhì) ，并加以回收利用。隨著這些新型的煤的氣化技術(shù)的開發(fā)與成熟 ，煤氣化又方興未艾 、蓬勃發(fā)展起來 。
概括起來，較為典型的氣化技術(shù)有 ： (1)固定床氣化工藝 ：(2 )流化床氣化工藝 ；(3)氣流床氣化工藝。煤炭氣化技術(shù)的選擇要 綜合考慮其先進性、氣化爐裝置生產(chǎn)能力、可*性、煤質(zhì) 、煤氣用量和用途等�？梢哉f沒有一種氣化技術(shù)是萬能的。面對規(guī)模龐大、多元化的中國市場的需求 ，每一種先進的氣化技術(shù)均有其生存發(fā)展的理由和空間�；\統(tǒng)地講 ，所有的煤種都可以氣化。不同的煤種適合于不同的氣化技術(shù)，只是并非所有煤種對于同一種氣化方法都是經(jīng)濟的。因此 ，我們應(yīng)該仔細深入地研究各種氣化方法和爐型 ，并且可以利用一些諸如多目標決策分析等手段來幫助我們做 出科 學(xué)的決策。在陶瓷工業(yè)中，應(yīng) 該適當鼓勵，并積極引進、開發(fā) 、推廣一些成熟的新型氣化法及爐型 ，并允許不同的煤 的氣化技術(shù)共存使用 ，還可以采用配煤和分粒級在不同的氣化裝置 中利用等方法提高資源利用率 。我們相信煤的氣化還是一有前途技術(shù)路線 。
