由中国工业合作协会家居整装分会、陶瓷资讯、厨卫资讯、陶卫网联合主办，中国陶瓷总部/中国岩板新材展示采购基地协办的“绿色低碳 基业长青”2022中国建陶产业绿色智造论坛在佛山隆重举行。
会上，摩德娜科技产品总监上官辉龙发表了《新一代建陶热工设备解决方案》的主题演讲。
▲摩德娜科技产品总监上官辉龙
以下为演讲实录：
新一代建陶企业在行业紧缩的大环境下，对热工设备在效益、节能减排、环保安全、智能先进的有新的要求。摩德娜公司在今年8月份，和印度公司签订了第一套氢能应用窑炉设备，希望将来能将此案例使用成功的经验再引入国内，为国内陶企在减排方面做出贡献。
下面就我们公司的热工设备在能耗节约（余热回收），智能化及绿色能源利用方面做一些总结汇报。
PART 01
能耗新突破
为陶瓷企业争取效益是我们公司的首要任务，先汇报一下我们公司单窑产量以及能耗的新突破：
430米窑炉，微粉玻化砖产量95000平方/天，烧成周期只有13分钟；
340米窑炉，抛釉砖800×800×9mm，产量75000平方/天，烧成周期13分钟左右。
国内微粉砖窑炉能耗低于1.1立方天然气/平方砖，我们在印度600×1200×8mm全抛釉砖窑炉能耗已经降到0.97立方天然气/平方砖了。
烧成并不是说越快越好，周期越快会带来其他的问题。比如窑炉出来的出砖温度很高，将近500度，代表着砖坯带走的显热损耗达到40%，大量的显热无法利用，白白的浪费掉。
随着环保压力的要求越来越高，我们和客户谈一些技术方案的时候，客户提出的要求除了更加节能外，在排放方面的要求也越来越高。在此要求下，我们提出陶瓷车间的余热回收新思路，以不浪费一点可用的热量作为目标，同时控制车间总排放的氧含量不超过16%。
随着窑炉产量越来越大，窑炉出砖的温度越来越高，出砖带走的显热越多的时候（可回收热量比例减少），干燥窑的长度没有变，干燥周期变短，砖坯干燥工艺对热量需求提高，窑炉提产的矛盾体现为干燥窑的能量不够。
随着多层干燥和换热器的应用，干燥窑不再使用窑炉废气时，车间整体排放的氧含量实际上是上升的。对此，我们提出的窑炉生产车间的余热回收新思路：窑炉最后段的尾冷冷却风排出风机时最多100-120度，这部分的余热风的温度偏低，利用起来很尴尬，送到干燥窑会起到降温的效果的反作用，送去脱硫塔，又会使脱硫塔氧含量超标，其他设备如釉线干燥，主干燥的废气排放也存在同样的问题。
如下图所示，我们在窑炉的冷却尾段设置两段冷却，将最后段的冷却风排放出来后再打入前一段作为冷却风的来源，不但使得原后段冷却风的温度提升，同时还可以解决提产后前段砖坯温度提升，强打冷风导致的砖坯开裂缺陷的问题，也有效降低了砖坯的出窑温度，提高了余热回收的比例，也使得这部分的余热冷却风温度达到可以给干燥使用的条件。其他设备如釉线干燥，主干燥后段排放的热风则可以回收至热交换器作为热交换的初始热风来源，实现干燥的排放和供热的内循环，又解决了换热器效率不高导致的热源温度和风量不足的缺陷。
通过这种处理方式窑炉尾部以及干燥窑尾部高氧含量的废气回收利用，脱硫塔的氧含量大量的减少，也可以使干燥窑不用开燃烧机。生产岩板的干燥窑和窑炉的匹配非常难的，因为岩板的产量小，而且厚薄不均，干燥的热量始终难以保证，使用这个整体余热回收系统后，可以实现干燥窑完全不开燃烧机，实现“零能耗”。
通过这套余热回收系统，我们在肇庆某陶企800×2600×9mm规格的岩板产品能耗，做到了1.23立方天然气/平方砖，和同行相比非常低了。
PART 02
智能化的烧成管理系统
窑炉智能化烧成管理系统除了集成一般安全和操作的基础功能外，增加了生产管理和空窑管理系统。
生产管理系统可以按时提示用户窑炉配件更换或维护、窑炉保养时间，用户需要做维护保养的闭合管理，减少不必要的生产事故的发生。
空窑管理如下图所示，比如A产品和B产品，需要不同的烧成温度曲线。系统会根据A产品和B产品在窑炉里面的位置匹配相应的温度。
PART 03
绿色氢能窑炉发展
11月7日，摩德娜公司和霍尼韦尔公司在上海进博会达成了战略协议。我们总经理李展华表示，“霍尼韦尔在各行各业的燃烧应用上积累了非常丰富的经验，氢能应用的研发也走在行业的前端，在欧洲进行了大量的试验，已经有氢能燃烧系统在投入使用，从20%的混氢到100%的纯氢的燃烧都取得了突破。我们摩德娜在建陶燃烧、硅酸盐产品燃烧领域积累了非常丰富的经验，我非常有信心跟霍尼韦尔合作一定会取得成功。”
我们选择的是混氢的技术线路，氢气的燃烧产物只有水，氢是百分百可以燃烧的，如使用其他的氢载体，如有不可燃成分，其燃烧产物都会带走显热，增加能耗，增加最终的使用成本，实际上只达到只减排目的，但不节能。比如以前水煤气的能耗比天然气的能耗高，因为水煤气有一部分的氮气不能燃烧，会带走热量，这一部分就是完全浪费的热损失。
氢气特性
氢质量热值：140MJ/kg（33600KCal/kg）（天然气质量热值47MJ/kg(11280KCal/kg)）
氢体积热值：12.6MJ/kg(3024KCal/Nm3) (天然气体积热值34.6MJ/kg(8300KCal/kg)）
常压下液化点：-253℃
常压下凝固点：-259℃
工况密度：90g/Nm3
空气中的燃烧界限：5%~75%，（空气中的爆炸极限：4.0%~74.2%）
氢是最理想和完美的能源，但其推广利用，有以下难点需要克服：
1、爆炸极限范围广：4.0%~74.2%，危险系数高；
2、成本高：
现在氢气的加氢站60元/公斤。理论上电解1公斤的水，氢耗4~5度电，包括损耗会达到6度左右，按照市电价格0.6元/度，成本是3.6元。一公斤的水只能产品0.1公斤的氢气，相当于0.5立方天然气的热值，光电的成本就达到了天然气的2倍价格了。
以日产量3万方抛釉砖产量的窑炉为例，天然气每天耗气量约为48000立方/天，按照3.5元的单价，每天花费16.8万元。按当量换算为氢气，则需要约68.6万元，增加了3倍的成本。
3、储存、运输困难：氢液化点和固化点达到-250多度，已经接近宇宙的绝对零度了，导致它运输储存非常困难的（成本极高，氢分子压缩到一定程度，氢会以原子的形式渗入到金属内部，在金属内部重新结合成分子，在局部行程极大的压力，使金属皱折或鼓包的‘氢脆’现象）；
4、产业链：到目前为止我国加氢站才250余座（日加氢500公斤，投资成本为1000多万，维护成本200多万，大多为亏损状态），主要用于民用，离工业化使用还有相当长的距离。
摩德娜窑炉氢能的应用：
下图左边是我们窑炉的模型，右边是新能窑炉燃烧系统的原理图。两套燃气控制系统，一套天然气，一套氢气，氢气在混氢的燃烧系统有一个比例控制器，难点在于比例控制这一块。
下图是不同天然气和氢气比例的燃烧状况，工业氢气里面有一些显色剂，所以火焰看上去显黄色。氢气的燃烧非常短，100%的氢气基本看不到火焰。
以我们3万方窑炉为例，50%的氢气和50%的天然气，每天减少排放量将近20吨，一年333天，减少6700吨的二氧化碳排放量。
氢作为燃料后，窑炉面临的问题：
1、火焰温度升高，对烧嘴炉膛的要求高；因为氢气的火焰2800度，比天然气还要高，火焰会随着氢的比例而缩短，炉膛需承受很高的温度，对窑墙的材质的要求更高，窑墙要加强隔热，需要选用更高标准的耐火材料。
2、燃气输送管道的气密性等级要求提高；
3、燃烧产物水分大幅度增加，使烟气“露点”升高，更容易出现窑顶落脏现象，脱硫管道沿程滴水增加。对烟气换热等热量回收带来一定的难度挑战；
4、如采取地制氢，除了投入设备，稳定的制氢量很重要，不能影响窑炉的连续运转。
总结：
氢能在推广上还存在相当多的技术难点未能突破。摩德娜公司在印度项目已经做了示范性项目，在氢的应用端做好充分的功课，为碳达峰、碳中和做好充分的准备。希望我们提出烧成车间不浪费每一度可以使用热量的解决方案能为更多的陶企的节能减排服务。
