陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展正面臨自然生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，能源短缺又給陶瓷行業(yè)的發(fā)展提出了越來越嚴(yán)格的要求。節(jié)能降耗和減少陶瓷窯爐污染是陶瓷生產(chǎn)的大勢(shì)所趨，也是陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。在今年“第三屆國際陶瓷工業(yè)發(fā)展論壇”上，華南理工大學(xué)博士導(dǎo)師曾令可教授為中國陶瓷窯爐的新技術(shù)與新工藝發(fā)展指明了方向。本文是其發(fā)言的綱要，希望對(duì)業(yè)內(nèi)人士有所啟迪。
一 窯爐結(jié)構(gòu)
1.間歇式窯爐
能耗大，產(chǎn)量較低，排煙溫度在６００℃～８６０℃ 。
影響梭式窯內(nèi)溫度場均勻性的關(guān)鍵因素：
①采用新型燒嘴，如：等溫?zé)欤}沖燒嘴，高速燒嘴。
②調(diào)整燒嘴的布設(shè)，
③改善碼坯的放置，
④合理布設(shè)煙道，
⑤對(duì)于梭式窯，余熱利用，
⑥選擇適當(dāng)?shù)臏囟葯z測點(diǎn)和控制方法。
2.連續(xù)式窯爐
①隧道窯
溫差大，特別是預(yù)熱帶； 窯墻、窯車蓄熱量大，能耗高２４００－１２０００×４．１８ｋＪ／ｋｇ產(chǎn)品；采用一些新技術(shù)能耗可降至１１００－５２００×４．１８ｋＪ／ｋｇ。采用新技術(shù)：無匣裸燒，輕質(zhì)保溫，輕質(zhì)窯車。存在關(guān)鍵問題：還原燒成氣氛的檢測與控制
②輥道窯
能耗較低：*低可達(dá)２００－３００×４．１８ｋＪ／ｋｇ產(chǎn)品；
產(chǎn)量大：窯長２２０ｍ以上，墻地磚產(chǎn)量１００００ｍ２／ｄ以上；
合理控制霧化風(fēng)壓和助燃風(fēng)量
合理調(diào)節(jié)排煙風(fēng)機(jī)，抽熱風(fēng)機(jī)的抽出量
合理設(shè)置擋火墻，擋火板
延長燒嘴或延長火焰的長度″引火歸心″
在結(jié)構(gòu)上，將全窯平頂或全窯筑拱的結(jié)構(gòu)改造為燒成帶筑拱的結(jié)構(gòu)，可有效的減少斷面溫差。
二 保溫技術(shù)
重質(zhì)耐火磚；
質(zhì)量、熱容、導(dǎo)熱系數(shù)大蓄熱、導(dǎo)熱量大，窯墻外表面溫度高達(dá)３００℃～４００℃ 。
輕質(zhì)保溫磚；
莫來石輕質(zhì)磚；
高鋁輕質(zhì)磚；
輕質(zhì)陶瓷纖維；
質(zhì)量輕，導(dǎo)熱系數(shù)小，重量只有輕質(zhì)材料的１ ／６，容重為傳統(tǒng)耐火磚的１／２５，蓄熱量僅為磚砌式爐襯的１／３０～１／１０窯外壁溫度降到３０℃～６０℃ 。采用輕質(zhì)陶瓷纖維，降低產(chǎn)品與窯具的質(zhì)量比。
纖維節(jié)能，總能耗的２０．６％下降到９．０２％，節(jié)能達(dá)到１６．６７％。
纖維粉化，
粉化研究，
抗粉化，
窯墻結(jié)構(gòu)越合理，節(jié)能效果越好。
三 燒成技術(shù)
采用新型燒嘴：等溫?zé)欤}沖燒嘴，高速燒嘴。
調(diào)整燒嘴的布設(shè)。
四 涂層技術(shù)
涂層技術(shù)范圍很廣，其中紅外輻射涂層和多功能涂層在窯爐中的應(yīng)用值得關(guān)注。
紅外涂層加熱工藝簡單、成本較低、紅外發(fā)射率高具有顯著的節(jié)能效果。
保護(hù)窯墻不受到粉化： 窯內(nèi)落臟，纖維粉化
增加紅外輻射傳熱和熱能利用率：在高溫階段，將其涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率由０．７升為０．９６，每平方米每小時(shí)可節(jié)能３３０８７×４．１８ｋＪ，而在低溫階段涂上ＨＲＣ后，窯壁輻射率從０．７升為０．９７，每平方米每小時(shí)可節(jié)能４５４７ｋｃａｌ。
避免二次落臟。
五 有害氣體生成機(jī)理
陶瓷窯爐煙氣中有害成份：ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ、ＣＯ２、ＲＯｘ粉塵
ＮＯ生成機(jī)理：
①熱力型ＮＯｘ： 空氣中的氮?dú)獗谎趸饕艿綗煔鉁囟群脱鯘舛鹊挠绊懀瑹煔鉁囟冗_(dá)１５０００℃以上時(shí)，ＮＯｘ呈指數(shù)增加。
②燃料型ＮＯｘ：燃料中的Ｎ被氧化，與燃料中含Ｎ量有關(guān)。
③快速型ＮＯｘ：含量較少，一般在５％以下，主要在富燃料的火焰斷面。
ＳＯｘ的生成
①坯體原料中硫酸鹽的分解，如：黃鐵礦，硫酸鹽的氧化。
②燃料中硫的氧化，如：有機(jī)硫，黃鐵礦，硫酸鹽等的氧化。
六 抑制技術(shù)
還原法：選擇性催化還原ＳＣＲ ，加入還原劑如ＮＨ３ 在催化劑作用下還原ＮＯｘ ，還原率９０％以上；選擇性非催化還原ＳＮＣＲ ，加入還原劑如ＮＨ３ 在高溫作用下還原ＮＯｘ，還原率３０％－７０％。易造成二次污染、催化劑失活、腐蝕設(shè)備。
等離子技術(shù)：等離子體過程煙氣ＮＯｘ治理技術(shù)的核心是通過一定的方式在煙氣中產(chǎn)生等離子體，ＮＯｘ等污染性氣體在等離子體區(qū)被分解或氧化。設(shè)備造價(jià)貴，還處于實(shí)驗(yàn)階段。
微生物法：適宜的脫氮菌在有外加碳源的情況下，利用ＮＯｘ做為氮源，將ＮＯｘ氧化成*基本的無害的Ｎ２，而脫氮菌本身獲得生長繁殖，脫除效率達(dá)到９９％。厭氧環(huán)境難保證。
電化學(xué)法：利用電子作為中間產(chǎn)物氧化或還原ＮＯｘ，脫除率９０％以上。處理工藝溫度較低，電解液不易運(yùn)輸。
氯酸氧化法：利用氯酸的強(qiáng)氧化特性處理，脫除ＮＯｘ和ＳＯｘ率９５％以上。
微波技術(shù)：
① 高溫?zé)峤馓浚ɑ蚧钚蕴浚┘仁且环N性能優(yōu)良的射頻能吸收劑，又是一種性能良好的還原劑。當(dāng)將活性炭置于射頻能量場中時(shí)，氣相中的ＳＯ２、ＮＯｘ與射頻能量場中的焦炭接觸時(shí)，炭能迅速地奪取這些氧化物中的氧，其奪取氧的速度要比沒有射頻能量場存在時(shí)快得多。
② 工藝簡單、處理效率高、無二次污染 、投資小，裝置簡單、能耗低 。
多功能涂層脫除ＮＯｘ：
① 在紫外光和太陽光對(duì)多功能復(fù)合涂膜的照射下，ＮＯｘ光催化降解率可達(dá)５５％左右。
②在剛開始反應(yīng)時(shí)，ＮＯｘ的降解率很快就達(dá)到了５０％以上，６ｈ后變化不大，達(dá)到了飽和值８０％左右。
③當(dāng)ＮＯｘ流速為０．１Ｌ／ｍｉｎ，反應(yīng)物接觸時(shí)間為７６．３ｓ時(shí)的ＮＯｘ降解率*高，達(dá)到４０．２％以上。
④將涂有光催化涂料的玻璃板放置于室外，每隔１０天用水沖洗１次，每個(gè)月測試１次對(duì)ＮＯｘ降解效果，結(jié)果表明，在室外放置６個(gè)月后，該涂料對(duì)ＮＯｘ的氧化降解作用降低很少，大約只降低２％３％，涂層外觀無變化。
七 微波輔助燒成技術(shù)
微波燒成與常規(guī)燒成的區(qū)別。
微波輔助氣體燒成技術(shù)（ ＭＡＧＦ ）是一種較實(shí)用、合理的環(huán)保型潔凈燒成技術(shù)。
采用微波燒成技術(shù)完全可以避免產(chǎn)生ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２及ＮＯｘ等廢氣熱效率可以提高４０％～５０％
在國內(nèi)，微波燒成技術(shù)在高性能陶瓷及電瓷燒成中有所嘗試，但在日用陶瓷、建筑陶瓷上仍是*。
在國外，這類ＭＡＧＦ技術(shù)已成功地在各種耐火材料、日用陶瓷及衛(wèi)生陶瓷燒成中得到應(yīng)用并已從實(shí)驗(yàn)室階段走向了小規(guī)模生產(chǎn) 。
據(jù)國外資料報(bào)道采用 ＭＡＧＦ 技術(shù)燒成可增產(chǎn)４倍，節(jié)能 ７０％以上，能源成本下降 ４０％，有害物質(zhì)的揮發(fā)量大量減少，產(chǎn)品的機(jī)械性能亦有所改善。
八 檢測控制技術(shù)
模糊控制：
優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于陶瓷窯爐這種非線性、難于建立模型的控制對(duì)象不失為一種良好的控制方法。
缺點(diǎn)：控制精度不高、自適應(yīng)能力有限、存在穩(wěn)態(tài)誤差、可能引起振蕩，缺乏有效的學(xué)習(xí)機(jī)制。
單點(diǎn)模糊控制：控制對(duì)象通常是爐溫，由于陶瓷燒成過程中受窯爐控制特性的影響，造成所設(shè)計(jì)的模糊控制規(guī)則不合適或不完整而影響其控制效果。
多變量模糊控制 ：
①針對(duì)具有多樣、隨機(jī)、連續(xù)、高度不確定等特性的控制對(duì)象，達(dá)到多層次、多目標(biāo)的綜合效果。
②技術(shù)核心：軟嵌入式無模型自學(xué)習(xí)多變量模糊控制器。
斷面流場控制：
①在預(yù)熱帶的特定位置窯室下部 安裝若干高速燒嘴，加大上下氣流的攪動(dòng)，減少斷面的上下溫差。
②在燒成帶和冷卻帶的窯頂每間隔一定距離設(shè)置吊掛式耐火纖維″屏障″。
③在燒成帶窯頂和被燒制品的上邊緣之間合理選擇上部燒嘴的*佳位置。
④在冷卻帶，制品的上方和下方設(shè)置多個(gè)噴空向急冷帶鼓入冷風(fēng)或低溫?zé)犸L(fēng)。
⑤對(duì)于寬斷面窯，應(yīng)適當(dāng)?shù)难娱L火焰長度，避免斷面溫度的駝峰分布。
九 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)
實(shí)體模型： 水利模型、火焰模型、空氣動(dòng)力模型
ＦＬＵＥＮＴ軟件數(shù)值：
①模擬材窯內(nèi)流體對(duì)流換熱過程，
②模擬輥道窯燒嘴的布設(shè)角度對(duì)窯內(nèi)流場的影響，
③模擬梭式窯內(nèi)流場，對(duì)流換熱規(guī)律以及對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)窯內(nèi)換熱不均勻度的影響，
④模擬陶瓷燒成過程中影響ＮＯｘ生成的各個(gè)因素。
陶瓷窯爐的發(fā)展方向：
在窯爐結(jié)構(gòu)上，向連續(xù)式窯爐長度方向發(fā)展，
在窯體、窯具的材料上，采用輕質(zhì)陶瓷纖維，
采用涂層材料，節(jié)能降耗，降低污染物的排放，
在燒成技術(shù)上，向溫度均勻性高、低污染方向發(fā)展，如微波燒成技術(shù)，
在檢測方法上，采用多變量控制技術(shù)，
在研究方法上，將窯爐熱工理論和計(jì)算流體力學(xué)相結(jié)合，
陶瓷窯爐的綠色化，這是新世紀(jì)窯爐工作者的重任。
