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我國建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)貢獻(xiàn)了全國GDP的1%，消耗了全國能源的1.7%，其中竟包括消耗全國30%的天然氣資源，而天然氣是稀缺資源，全國超過50%的天然氣都需要進(jìn)口。巨大的投產(chǎn)比落差，使得建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的能源利用效率飽受詬病。

隨著我國對全世界做出了“2030年、2060年分別實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和”的承諾，如何進(jìn)一步節(jié)能減排成為各行各業(yè)的重點工作。

對此，中國建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會指出，工業(yè)燃?xì)獗嚷试?025年后不予增加，2030年后比重減少，天然氣是碳中和的過渡能源，電力將成為未來的“能源主力軍”，電燒窯爐（以下簡稱“電窯”）將是建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)能源技術(shù)發(fā)展的新方向。

那么，用電窯來生產(chǎn)瓷磚，究竟靠不靠譜？

在瓷磚生產(chǎn)領(lǐng)域，窯爐是不可或缺的重要部件，陶瓷人見證過燒煤、重油、柴油、煤制氣、天然氣等碳基燃料的窯爐，但很少見到燒電的窯爐。

佛山科達(dá)機(jī)電技術(shù)中心總監(jiān)潘建環(huán)介紹說，在上世紀(jì)九十年代他就已經(jīng)接觸過生產(chǎn)日用瓷的電窯；近年來，科達(dá)在國內(nèi)外均有電窯的實際應(yīng)用案例，比如在法國有生產(chǎn)微晶玻璃的電窯案例，國內(nèi)有生產(chǎn)鋰電池的電窯案例。

可見，電窯實際上并不新鮮，在從事窯爐研發(fā)創(chuàng)新的專業(yè)人才眼中，電窯是其工作的一部分。佛山佳窯總經(jīng)理程昭華指出，電窯的應(yīng)用范圍很普遍，技術(shù)也已經(jīng)很成熟，只是很少用于瓷磚生產(chǎn)，而是廣泛應(yīng)用在磁性陶瓷、特種陶瓷、鋰電池、玻璃馬賽克、三度燒K金磚、包裹色料等領(lǐng)域。

明眼人一看就已心領(lǐng)神會，上述領(lǐng)域都是高精尖、高附加值的產(chǎn)品，而且對產(chǎn)品的燒成氣氛、物理化學(xué)性能等方面要求非常嚴(yán)格，因而用電窯能夠更好地控制。

那么，電窯就沒有瓷磚領(lǐng)域的實際應(yīng)用案例嗎？據(jù)了解，拉米娜（Laminam）俄羅斯分廠生產(chǎn)巖板的窯爐就采用了電和天然氣混用的燒成方式。

潘建環(huán)也透露，科達(dá)在2015年就已經(jīng)在俄羅斯有一條生產(chǎn)三度燒花片的電窯案例，先用1170℃燒素坯，再燒烤花。

▲科達(dá)在俄羅斯的三度燒花片電窯案例。

既然技術(shù)很成熟，也有實際案例在前，為何在國內(nèi)還沒有一條瓷磚生產(chǎn)線采用電窯呢？

程昭華表示，電窯的特性是燒成速度慢、周期長，意味著其單位產(chǎn)量?。óa(chǎn)值往往不小），目前還不太適合瓷磚這種規(guī)?；笊a(chǎn)的產(chǎn)品對窯爐的需求。

燒成速度慢、周期長的原因又是什么？程昭華進(jìn)一步解釋，燒天然氣是以對流換熱為主、輻射換熱為副、傳導(dǎo)換熱為輔；而電窯則是以輻射換熱為主、傳導(dǎo)換熱為副、對流換熱為輔，而熱交換效率最高的手段就是對流換熱，如同在空調(diào)房里再加一個小風(fēng)扇，這個小風(fēng)扇會讓人感覺非常涼爽，因此對流換熱更適用于瓷磚等大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品領(lǐng)域。

電窯若果真要大批量推廣到瓷磚生產(chǎn)領(lǐng)域，首先需要跨越的技術(shù)溝塹，就是解決安裝難題。

佛山德力泰副總經(jīng)理荊海山指出，由于燒電主要是輻射傳熱，因此燒電比較適合安裝在高溫帶，而高溫帶必須用硅碳棒來做，加熱溫度安全及耐用，但是硅碳棒目前只能做到3米左右長度，如今瓷磚寬體窯的內(nèi)寬達(dá)到3米以上，硅碳棒就會面臨結(jié)構(gòu)性的安裝難點。

此外，荊海山還表示，電窯內(nèi)部截面的溫差控制，以及高溫輥上硅碳棒的壽命、更換、維護(hù)、安全等方面，都需要技術(shù)上的突破。

▲德力泰氣氛式推板電窯。

程昭華也表示，水平溫差將成為電窯生產(chǎn)瓷磚的技術(shù)難點，這是因為大批量生產(chǎn)的窯爐橫跨面較寬，容易產(chǎn)生窯爐中間和兩側(cè)的燒成溫度不一致的現(xiàn)象，遇到這種情況，燒天然氣的窯爐加一個特制的燃燒器（俗稱“噴槍”）就可以解決，但電窯是通過硅碳棒、硅鉬棒或者發(fā)熱絲來進(jìn)行輻射傳熱，解決水平溫差的難度就比較大。

不過，程昭華認(rèn)為一旦要大批量使用電窯，集行業(yè)之力來攻克水平溫差，肯定也會很快取得階段性突破，比如在電窯下面增加一個類似修車的維修通道等特殊結(jié)構(gòu)和發(fā)熱裝置，解決的方法一定會有很多。

對于電窯的上述結(jié)構(gòu)性難點，潘建環(huán)表示，業(yè)內(nèi)一直都有探討解決方案，例如可以在瓷磚寬體窯爐正中間增加掛鉤將硅碳棒掛住，以此解決硅碳棒長度不夠的安裝難點。另外，潘建環(huán)特別提到了能夠破壞電網(wǎng)的諧波，一旦用電量很大，且瓷磚燒成需要經(jīng)常調(diào)節(jié)電壓來控溫，這就需要安裝類似變壓器的濾波電容器，來杜絕電網(wǎng)過熱而著火、短路的風(fēng)險。

而與結(jié)構(gòu)性難點相比，燒電的成本太高則是電窯推廣的最大阻力。

對于瓷磚產(chǎn)品本身來說，程昭華指出了電窯熱能利用效率較低的痼疾，如果折算成現(xiàn)有窯爐所消耗的天然氣產(chǎn)生的熱能，電窯所消耗的電量將會非常巨大，如此一來，陶瓷廠的裝機(jī)容量會非常高。

因此，從成本方面考慮，他認(rèn)為在未來5年之內(nèi)，大批量生產(chǎn)的瓷磚使用電窯的概率會比較小。

荊海山則透露了他的測算結(jié)果，一個日產(chǎn)20000㎡瓷磚的窯爐，僅僅是在高溫帶用電窯，裝機(jī)容量要達(dá)到10000多千瓦，如此巨大的裝機(jī)容量將會非常難以滿足。

而關(guān)于用電和用天然氣的成本比較，荊海山進(jìn)行了一番細(xì)致的對比換算。不考慮發(fā)熱設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率，燒1度電理論上可產(chǎn)生860Kcal熱量，而燒1Nm³天然氣低位發(fā)熱值是8300Kcal熱量，也就是說1Nm³天然氣對應(yīng)9.65度電發(fā)熱量。

當(dāng)前的平均每度電價是0.7元，9.65度電的電價是6.76元，天然氣的價格往常只有2.6元/Nm³左右，現(xiàn)在最貴約4.3元/Nm³，如此一來，1Nm³的天然氣價格要比9.65度電低2.46元，能源成本非常不對等，是推廣電窯最大的難點。

▲德力泰天然氣巖板寬體輥道窯。

可別小看這2.46元的能源成本差價。荊海山指出，當(dāng)前800×800×11mm的拋釉磚，每平方米瓷磚窯爐需要消耗的天然氣在1.6Nm³左右，一條日產(chǎn)20000m³瓷磚的窯爐，一天需要消耗32000Nm³天然氣（燃?xì)赓M用137600元），換算成全部用電則是308800度電（電費216160元）。

可見，用天然氣比用電每天就可節(jié)省78560元，每年按300天計就可省下2356.8萬元。“差這么多的燃料錢，誰用得起？”  

而且，即使不計成本，考慮到今年全國各大陶瓷廠區(qū)頻繁出現(xiàn)的限電情況，廣西產(chǎn)區(qū)甚至限電28天，瓷磚若是改用電窯，大幅度增加的用電量必將導(dǎo)致更大的電能供需矛盾。

我國能源“富煤、貧油、少氣”的狀況眾所周知。中國電力企業(yè)聯(lián)合會7月8日發(fā)布的《中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2021》指出，2020年我國全口徑發(fā)電量為76264億千瓦時，其中火電為51770億千瓦時占比全國67.88%，而火電中的煤電46296億千瓦時占全國60.70%，此外水電占全國17.77%、并網(wǎng)風(fēng)電占全國6.12%、核電占全國4.80%、并網(wǎng)太陽能發(fā)電占全國3.42%。

可見煤電仍然是我國電力供應(yīng)的主能源。如果瓷磚全面改用電窯，未來數(shù)年必然也將依賴煤電，而只要燒煤就會產(chǎn)生碳排放，只是這些碳排放集中于上游的火力發(fā)電廠。

▲“綠電”才能讓電窯實現(xiàn)真正減碳。

荊海山指出，1公斤標(biāo)煤的發(fā)電量是3.3度，但是1公斤標(biāo)煤燃燒會產(chǎn)生約2.7公斤的碳排放，從碳達(dá)峰、碳中和的減碳角度出發(fā)，電窯肯定是趨勢，但最終還要考慮是否為“綠電”，如果未來風(fēng)電、水電、光伏太陽能發(fā)電等“綠電”能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)，彼時再考慮燒電才會符合實際發(fā)展情況，而當(dāng)前的現(xiàn)狀是工業(yè)用電不夠，許多地方都在執(zhí)行“開四停三”等限電措施。

程昭華表示，對于火力發(fā)電廠來說也有減少碳排放的壓力，所以他們也要進(jìn)行發(fā)電設(shè)備的更新?lián)Q代與節(jié)能改造。《陶瓷信息》根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會官網(wǎng)發(fā)布的信息了解到，2020年全國單位火電發(fā)電量二氧化碳排放約832克/千瓦時，比2019年下降6克/千瓦時，比2005年下降了20.6%。

從宏觀視角來看，碳達(dá)峰、碳中和是我國必須要向全世界交的答卷。但具體到瓷磚生產(chǎn)領(lǐng)域，考慮到限電等矛盾，節(jié)能減排的當(dāng)務(wù)之急并非轉(zhuǎn)換燃料，而是提高現(xiàn)有碳基燃料的單位熱效率，還可以探索氫氣和天然氣混合燃燒的路徑。

事實上，相比以往，生產(chǎn)每平方米瓷磚所需要消耗的天然氣，近年來已有明顯降低。據(jù)程昭華介紹，通過持續(xù)不斷地改善窯爐結(jié)構(gòu)和提高余熱利用效率，如今，生產(chǎn)每平方米瓷磚已經(jīng)從需要消耗3m³天然氣，一路降到了1.6m³→1.5m³→1.2m³，程昭華所在的佳窯公司，僅通過技改，就幫助某陶瓷企業(yè)實現(xiàn)了1.16m³/㎡，這就是從成本出發(fā)實現(xiàn)的節(jié)能降耗。

▲節(jié)能減排的當(dāng)務(wù)之急并非轉(zhuǎn)換燃料。

其他的窯爐公司也在節(jié)能方面持續(xù)探索。今年5月初，科達(dá)制造承建的新潤成600×600×9mm雙零吸水率滲花磚生產(chǎn)線，在穩(wěn)定運行一個多月后，創(chuàng)造了天然氣能耗最低1.13m³/㎡的記錄，同時電耗也比舊窯減少20%。

在雙碳戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，每個陶瓷廠正在面臨嚴(yán)格的能評指標(biāo)，如果想要增加產(chǎn)能，就只能提高能源利用率，降低單位能耗。

程昭華認(rèn)為這是陶瓷行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，也是未來5年內(nèi)必須攻克的課題，如果能在每平方米瓷磚消耗1.2m³甚至1m³天然氣的基礎(chǔ)上，整個行業(yè)能夠再進(jìn)一步降低20%，那對雙碳戰(zhàn)略的貢獻(xiàn)不言而喻。

對氫能源的探索也正在路上。2020年9月29日，廣東省發(fā)改委等六部門印發(fā)《廣東省培育新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群行動計劃（2021—2025年）》，其中就指出要“推進(jìn)佛山（云?。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移園、廣州開發(fā)區(qū)、佛山南海和高明區(qū)等氫燃料電池產(chǎn)業(yè)園建設(shè)，建立廣深高溫燃料電池及系統(tǒng)研發(fā)制造基地，建立廣州、佛山、東莞、云浮氫能高端裝備產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和惠州、茂名、東莞、湛江氫能制儲運產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)”。

據(jù)荊海山透露，德力泰正在探索氫氣和天然氣混燒窯爐，目前正在國內(nèi)布局一個項目，該項目氫氣占比50%多，可等量減少50%多的碳排放，這是因為1Nm³天然氣接近1Nm³甲烷，1Nm³甲烷燃燒后產(chǎn)生2公斤二氧化碳，如果氫氣占比50%和天然氣混合，就相當(dāng)于減少了1公斤的碳排放，而這減下來的碳在碳交易市場就是真金白銀。

潘建環(huán)指出，今年業(yè)內(nèi)對氫氣的研究明顯加快，科達(dá)也正在積極地探索氫能源如何利用。

此外，對于減碳而言，潘建環(huán)認(rèn)為除了提高能源熱效率，還有一種方法就是回收煙氣中的二氧化碳，因為二氧化碳的用途很廣，它可以做成干冰，啤酒汽水也需要，還可以用作植物肥料，石油采礦、機(jī)器鑄造、金屬治煉、生物制藥、消防等各領(lǐng)域也都需要二氧化碳。

目前，建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)總體的碳排放量正在摸底調(diào)查，根據(jù)中國建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會公布的數(shù)據(jù)，每年約為1.4-2.0億噸，其中建筑陶瓷占比96%。對此，荊海山認(rèn)為建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)產(chǎn)能下降、產(chǎn)品升級、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等三個趨勢，都將助力建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)到2060年實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

（文章轉(zhuǎn)自陶瓷信息）