双层岩板辊道窑关键技术创新集成以及节能效果分析

胡乃友,李展华,朱志刚

（广东摩德娜科技股份有限公司，佛山 528225）

1 前言

陶瓷岩板起源于欧洲,最早由意大利和西班牙传入，岩板生产、加工工艺要求高，岩板是陶瓷岩板的简称,从2019 年开始，行业正式确立岩板的概念，规格是1200mm×2400mm 及以上。岩板的应用方向很多，家具化是重点突破方向。岩板可以代替天然石材、木材、人造石材、玻璃、金属等，用岩板制造的橱柜门板、衣柜门板、等柜体门板，几乎可以制成任何颜色和图案，演绎出不一样的高级感。用于桌子台面，岩板台面纹理清晰，有层次，给人一种高贵，雅致，简洁感。

未来岩板的应用市场主要有3 个领域：定制家具、成品家居、高端建筑空间，已经远远超过了陶瓷、石材,突破了瓷砖、石材的很多应用局限,除了传统陶瓷砖所涉及的室内地墙面、卫浴空间的墙地面装饰市场,建筑外立面、橱柜台面、家具面板等领域都可以运用到。从目前看,岩板除了不能替代石材异型产品外,凡是陶瓷、石材板材可以装饰的地方,岩板均可以替代,未来可进入建材家居各大领域。主要可替代的建材包括玻璃、石材、铝板、木板、墙纸和传统陶瓷板等,可作为建筑幕墙、台面板板材并可被运用于家具领域。

随着岩板的不断普及，未来的需求量也会加大，对于烧制岩板的窑炉需求也会增多，由于双层窑炉具有产量大、能耗低、占地面积少等特点，市场空间非常巨大。

2 双层岩板窑炉的优势

双层岩板窑炉上、下层有独立的传动系统、燃烧系统、风管路系统，控制系统，互不干扰，可独立运行，在先进智能系统的控制下实现不同规格产品的高质量输出，充分集合了国内外先进技术、智能化程度高、易于操作，清洁节能的生产性能。

双层岩板窑炉可满足生产厚度为3-25mm 的多种规格高品质岩板产品,还可兼顾常规抛釉砖的全规格产品，能满足不同家居设计方案对高品质定制化的需求，真正实现岩板设备的柔性化多样化生产。

2.1 单位产品能耗要比同样长度和内宽单层窑炉的低

由于双层窑是两条窑炉叠加在一起，减少了窑炉的散热表面积，燃气消耗量相应的也会减少，可节约能源消耗，综合节能效果可超过12%，实现了国家碳达峰碳中和的战略目标。

2.2 可同时生产两种不同厚度，不同规格的产品

生产线上布置双压机，双釉线，产品分别进入上下层窑炉，可以同时生产两种不同的产品，因此可以减少一半的转产，提升产品的交付效率，提升企业的经济效益。单层岩板窑炉只能同时生产一种产品，这是单层岩板窑炉无法比拟的优势。

2.3 可节约一半的烧成车间空间

岩板的烧成周期比较长，单窑产量相对较小，所以已有限制的空间只布置一条窑炉，不但产能比较低，还会导致因订单多而产生的生产转换次数过高，使得排产困难，双层窑炉能更有效地解决此类问题。

2.4 可有效解决岩板产品切割裂的行业难题

双层窑是两条独立的窑炉叠加一起，故冷却区域的散热较普通窑减少40%，再加上其双层窑炉特有的窑墙结构等因素，使窑炉在生产过程中，保温蓄温的效果较好，这样就可以有效解决产品切割裂问题。

2.5 可以减少一条单层辊道窑生产线上的人工

由于双层窑是相当于两条单层窑炉叠加在一起，1条双层窑产量相当于2 条单层辊道窑产量，因此也可以减少一条生产线的工作人员，从人员结构上可以明显提高企业的经济效益。

3 双层岩板窑炉解决岩板生产难题的技术方案

双层岩板窑炉可以为高品质岩板提供质量保障，不仅比同样长度和内宽单层窑炉产品的能耗低、而且可以有效解决产品平整度、落脏、色差、切割裂等技术难题，产量是同样长度、同样内宽单层窑炉的两倍，可以明显提高企业的经济效益。

3.1 降低单位产品能耗的技术方案

(1)耐火材料的合理选型，根据双层窑炉的独特结构特点，采用了TIS 加强保温窑体结构，整窑采用优质耐火材料以及采用进口纳米保温板；双层窑炉不同于单层窑炉,下层窑炉由于承受的重力较大，因此上下层窑炉因结构的不同要搭配相应比重的耐火材料，再结合巧妙的结构设计，更加有效均衡截面温差。

(2)研发了新一代高速等温天然气节能烧嘴，该烧嘴采用创新的多层混合结构，能使燃气和空气充分混合，燃烧充分，火焰刚性强，稳定性好，加强窑内热气流的搅拌，使窑内温度趋于均匀。在最小的空燃比情况下完全燃烧，减少了过量的空气，达到节能目的，而改进之前的喷枪，燃气完全燃烧的情况下，空燃比远大于1：10，有的甚至达到1：16。

(3)全窑长短焰烧嘴的合理布局，烧嘴选好了，与其相应配套的碳化硅烧嘴套出口大小不配合好的话，依然达不到理想效果，在部分区域布置长短焰烧嘴，同时交错布置不同形状的碳化硅烧嘴套。这样长短焰结合，既照顾了横断面中间部位温度，又照顾了断面两侧的温度，从而使断面上的温度趋于更均匀。

(4) 窑炉余热的合理利用积极采用先进的烟气余热回收技术，降低排烟热损失。从换热器抽取的热风作为烧嘴的助燃风用，温度可加热到150-200℃左右。一般认为：空气预热温度每提高100℃，即可节约燃料5%。

3.2 平整度方面的技术解决方案

(1) 在辊棒选型方面，窑炉全部传动采用不同的棒径、棒距和不同温度需求的高温棒，以解决其他普通窑炉普遍存在的砖坯釉面有辊棒纹缺陷的问题，既保证了砖坯走位平稳，又有助于提高坯体高温抗变形能力。

(2)在传动方面，陶瓷岩板对传动设计及安装精度要求特别高，采用DRI 传动设计升级系统，此传动系统将减速机与传动轴之间的连接由高精度齿轮代替了传统的链条，使得传动输出的平稳性、精准性及耐用性有了较大提高。以及SKF 进口轴承的应用，单电机独立通轴设计，减少轴的连接，保证砖型以及出砖高品质。减速机带动的每组传动通轴无连接轴套轴的设计避免了因连轴套间隙而造成传动不稳的因素。传动部件的精度也有了较大提高，如传动套轴（手榴弹）内径的公差精度由的0.1mm 提高到0.05mm，传动轴的整体直线度≤1mm 提高到≤0.5mm，铝座基准中心线高度公差精度由的≤±0.1mm 提高到≤±0.07mm 等，传动部件精度的提高进一步提高了走转的平稳性，减小砖体变形，从而保证砖型及出砖高品质。

(3)设计有电机故障报警装置、传动断链报警装置、紧急开关摆动装置、断棒报警灯等装置，以及空窑降频处理方式，使设备更加自动化，智能化，方便生产管理和保证产品品质要求。

3.3 产品切割裂方面的技术解决方案

(1) 合理设计的三带比例以及科学设定急冷段上下多段独立风量控制，能更加有效地解决岩板切割裂问题。

(2)加长缓冷段占全窑的比例，使产品能有足够的时间在缓冷区域充分消除产品在急冷冷却时产生的应力。

(3)采用缓冷段加热系统，以及空窑管理系统。当窑内出现空窑的情况，利用空窑管理系统，当缓冷段温度降到某个设定温度，自动打开烧嘴开关，使缓冷段维持在需要的温度范围内，这样就可以避免砖的冷裂。

3.4 产品落脏方面的技术解决方案

(1)传统窑炉排烟段大都采用顶抽的模式，时间长了顶部会积灰造成产品落脏；双层岩板窑炉采用底抽与侧抽相结合的方式，可以有效避免对产品的落脏。

(2)排烟区、预热区窑顶材质的升级加强，采用密度高的材料，同时要加强窑顶的气密性，不会因为窑顶材质问题造成产品的落脏。

(3)双层岩板窑炉排烟段隔层采用特殊结构设计的吊板，可以避免下层隔层材料的原因造成对产品的落脏。

3.5 产品色差方面的技术解决方案

(1)研发的新一代高速等温天然气节能烧嘴的使用，该烧嘴采用创新的多层混合结构，能使燃气和空气充分混合，燃烧充分，火焰刚性强，稳定性好，加强窑内热气流的搅拌，使窑内温度趋于均匀。

(2)在烧成带交错布置一部分长短焰烧嘴，提高靠窑墙两侧的温度，这样长短焰结合，既照顾了横断面中间部位温度，又照顾了断面两侧的温度，从而使断面上的温度趋于更均匀。

(3) 采用设置特殊形状的挡火板和挡火墙来缩小断面温差。

3.6 窑炉智能化操作方面的技术解决方案

(1)可组态智能生产管理系统，该系统可无缝对接企业管理系统，同时保证数据安全，全面配合企业客户迈进5G 数据新时代。该系统采用了MDS 工业自动化集成控制系统，计算机自动采集、计算、分析、无线处理运行数据，实现远程控制需求。该系统的另一大亮点是智能化空窑管理系统的升级，当空窑时可以实现智能调节窑炉的气氛，不影响产品品质，能最大化实现柔性智能生产。

(2)产量信息读取，实时的班产量，日产量，月产量，包括窑炉的运行产量，规格，片数，燃气流量、空窑时间统计，可以实现远端查看，提取实时、历史数据。

(3)窑炉运行数据的采集，烧成温度曲线的保存，包括设定曲线，实际烧成温度曲线，设定温度曲线可以通过上端直接发送，温度曲线在本地和远程都可以调取和查找历史记录。

(4)报警信息：各传动、风机、燃气、燃烧机等所有设备异常信息、预警信息的历史记录、实时的报警显示、查询。

(5)各类数据，报警信息预留有和上位终端系统的接口，窑炉的视频监控系统，分区域显示，可以通过手机APP 查看。

通过以上研发的新技术和新设计的实施，解决了产品平整度、落脏、色差、切割裂等技术难题，实践证明：双层岩板窑炉不论是在能耗方面，还是在产品品质、产量、排产的便捷性上都有很大的优势，实现了岩板产品的柔性化多样化生产。

4 双层岩板窑炉节能减排效果实际案例分析

4.1 燃料方面的节省

主要技术指标及参数

窑长：226.8m；内宽：2350mm；

窑炉通道数量：2 层

烧成周期范围：50-130 分钟可调；

高温区耐火砖耐温：1350℃；窑炉工作最高温度：1260℃；

产量：750mm×1500mm×10mm，正常烧成周期70min，产量为12500 平方米/天；

优等率：98.2%。

运行性能参数：

窑内截面温差：±2℃（通过测温环检测）

窑炉冷调标准：砖走到急冷偏中≤15mm,甩角≤40mm；

窑外表温度：不超环境温度+35℃；

窑炉单位热耗：1.41 m3/m2砖；

窑炉单位电耗：0.036KW.H/kg 砖；

热电偶温度误差：≤±1℃（与标准热电偶比对）；

温控表控制误差：≤±1℃（显示温度与控制温度比对）；

辊棒套筒的同心度:≤0.5mm（靠尺、百分表）；

同样长度和内宽的单层窑炉单位产品热耗：1.7立方米/m2砖；

一天可以节省燃气量为：（1.7-1.41）×12500=3625立方米/天；

每年按330 天计算，天然气气价按照3.5 元/立方米计算，每年可以节省燃气费用：330×3625×3.5=4,186,875 元。

每立方天然气理论产生的烟气量为10.52 m3,实际中由于助燃空气过剩以及窑内漏入空气等因素，每立方天然气实际产生的烟气量约为14 m3,一天可以减少CO2的排放量为：3625×14=50 750 立方米/天。

每年按330 天计算，可以减少CO2的排放量为：50750×330=16 747 500m3

折算成质量每年减少CO2的排放量为：16 747 500×0.67/1000=11,220 吨。

从以上分析可以看到，达到相同产能，宽体岩板窑炉一年可以节省的燃料费用为4 186 875 元，经济效益相当可观。

同时,CO2的排放量也大大减少，每年减少CO2的排放量为11220 吨，对环境的改善作出了积极的贡献，响应了国家碳达峰，碳中和的号召。

4.2 窑墙散热面积能耗的节省

由于双层窑是两条窑炉叠加在一起，减少了窑炉的散热表面积，燃气消耗量相应的也会减少，可节约能源消耗。一条双层窑炉比同样内宽的两条单层窑炉少了2个散热面，从排烟带到急冷前约占一条窑炉的65%，减少的散热面积为：3.26×2×226.8×0.65=961m2

4.2.1 热量损失计算

假定窑墙外表平均温度为70℃，环境温度为30℃。对流辐射换热系数a=2.56×（70-30）0.25+4.56（704-304）/(100×（70-30）)=14W/m2℃。

最大热流量为：

总热损失功率：Q=961×560=538KW/h。

4.2.2 热损失费用计算

换算为每小时天然气量:

每天节约天然气量：56×24=1344 m3

节约资金：1344×3.5=4704 元。

每年按330 天计算：330×4704=1552320 元。

从以上分析可以看到，达到相同产能，天然气宽体窑炉散热面积减少了961m2，一年可以节省费用1552320 元。

摩德娜从2017 年全新推出双层岩板窑炉，其建造的第一条双层岩板窑炉是在印度投产，随着国内岩板的兴起，很多陶瓷企业选择了摩德娜的双层岩板窑炉，先后有大将军一期二期、蒙娜丽莎C 线和D 线、清远东鹏3#和4#、广东兴辉、金牌三期、清远升华等。

摩德娜公司作为国内最优秀的陶机设备制造商之一，“用持续创新，打造企业的核心竞争力,与客户共同创造价值，推动绿色革命”的使命，在国内外中高端市场已经取得了良好的成绩，本项目设备无论从设备综合性能还是技术创新点，都已经过实践检验，获得了客户广泛一致性好评。

作为行业领先的热工设备供应商，摩德娜一直以来以“全窑型”满足国内外陶瓷产区的多样化高品质要求，包括宽体窑炉应用于普通建陶产品的规模化生产，隧道窑和梭式窑用于发泡陶瓷、微晶玻璃、卫生洁具和日用陶瓷等产品的精细化生产，以及定制化特殊窑炉用于特种技术陶瓷的高端应用生产。锂电池正极材料锂云母焙烧提取碳酸锂方面，在现有隧道窑基础上加以设计改进以及创新技术的运用，结合硫酸盐法提锂工艺路线，从压制方式、砖坯尺寸、码砖层数、焙烧时间，焙烧空间等多方面进行改进，探索出一条针对硫酸盐法锂云母焙烧隧道窑的合理焙烧曲线。相对市场上现有的隧道窑在产能提高、能耗降低、碳排放指标、环保指标、锂浸出率提高以及低品位锂云母提锂等方面，都有显著提升。

多年来为全球多个陶瓷产区的客户提供了数十条双层窑炉生产线，双层窑炉的实际应用远不止用于岩板生产，还可用于生产抛釉砖、内墙砖、薄板等各种规格的墙地砖产品，用双层窑炉来满足岩板生产所要求达到的柔性化标准是近年来在行业里掀起的一股潮流。摩德娜人将谨记“用持续创新，打造企业的核心竞争力,与客户共同创造价值，推动绿色革命”的使命，肩负起双碳双控的社会责任，不断研发节能高效、自动、智能化的陶瓷机械装备，为“成为世界一流的节能环保建材成套装备企业”的愿景而努力奋斗。