VẤN ĐỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÔNG NGHỆ GỐM SỨ

I. Đặc điểm công nghệ và vần đề tiết kiệm năng lượng

1. Đặc điểm công nghệ

 

Sơ đồ chung:

Các nhà máy, xí nghiệp sản xuất sản phẩm gốm sứ tại Việt nam nói chung, khu vực Tp HCM nói riêng, thường dùng công nghệ nung một lần nhằm tiết kiệm năng lương nung.

Sơ đồ công nghệ chung sản xuất một sản phẩm gốm có thể hình dung theo sơ đồ sau đây, tùy thuộc vào nhà máy và sản phẩm cụ thể, có thể có những khác biệt nhất định so với công nghệ chung này.

Đặc điểm chung:

Công nghệ sản xuất các sản phẩm gốm sứ Việt Nam nói chung, khu vục thành phố Hồ Chí Minh nói riêng gồm hai nhóm kỹ thuật khá rõ ràng:

  • Nhóm đầu tư thiết bị công nghệ tương đối hiện đại, nhập ngoại toàn bộ thiết bị dây chuyền sản xuất, sản phẩm là vật liệu xây dựng như gạch ốp lát và sứ vệ sinh. Ví dụ: Nhà máy sản xuất gạch ốp lát VITALY, Gạch Đồng Tâm, Sứ vệ sinh Thiên Thanh… Ở khu vực này, nguyên liệu sử dụng là nguyên liệu qua chế biến, ít dùng nguyên liệu tự nhiên. Nhiên liệu sử dụng là gaz hoặc dầu DO, FO.
  • Nhóm sản xuất thủ công, sản xuất các sản phẩm gốm mỹ nghệ xuất khẩu và gạch xây dựng. Đầu tư thiết bị trong nước là chính, chủ yếu ở khâu chuẩn bị nguyên liệu (đập, nghiền, ủ đất …) và lò nung (lò bông gốm đốt bằng gaz. Các máy tạo hình ít quan tâm đầu tư, chủ yếu dùng phương pháp đổ rót, hoặc in thủ công trên khuôn thạch cao. Nhà máy Gạch ngói Sài Gòn, các xí nghiệp sản xuất gạch ngói thủ công và gốm sứ ở khu vực giáp ranh thành phố với Bình Dương, Đồng Nai…Nguyên liệu sử dụng là nguyên liệu tự nhiên, nhiên liệu sử dụng là củi gỗ, than và những chất thải có thể đốt được như vụn cao su.

Do thành phố là đầu mối lớn về nhân công kỹ thuật, tiêu thụ sản phẩm, nên có đặc điểm nhiều công ty đóng trên địa bàn thành phố, nhưng nhà máy, xí nghiệp sản xuất lại ở những khu công nghiệp trên địa bàn các tỉnh khác như Đồng Nai, Bình Dương. Mối tương hỗ khó phân riêng biệt.

 

Tham khảo thêm:

5s là gì

Chứng nhận hợp quy gạch, đá ốp lát

2. Vấn đề tiết kiệm năng lượng

 

Vấn đề tiết kiệm năng lượng nằm chung trong tổng thể giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm, tăng lợi nhuận cũng như sức mạnh cạnh tranh. Sức ép không chỉ từ phía các nhà sản xuất, mà còn từ phía những đối tác tiêu thụ hàng hóa, đặc biệt trong thời kỳ hội nhập (vào WTO), các đối tác quan tâm tới nhà cung cấp về cả cách thức làm ra sản phẩm cung cấp với công nghệ sản xuất và giá thành phù hợp để cùng chia sẻ lợi nhuận, chứ không chỉ quan tâm tới sản phẩm cuối cùng như trước.

Do đặc điểm công nghệ, vấn đề tiết kiệm năng lượng, hạ giá thành sản xuất được các nhà máy, xí nghiệp quan tâm chủ yếu ở khâu nguyên liệu và nung, đặc biệt công đọan nung, vì nhiên liệu và lò nung chiếm khoảng 30 – 50% giá thành sản phẩm.

Các thiết bị tạo hình cơ học như các máy đập, ép, đùn.. và năng lượng điện ít được quan tâm trong bài toán tiết kiệm năng lượng của các công ty gốm sứ.

II  Các giải pháp tiết kiệm năng lượng chính đã áp dụng, hiệu quả và đánh giá

1. Hợp lý hóa dây chuyền công nghệ sản xuất

 

Giải pháp kinh tế Taylor từ những thế kỷ trước được nhà phân phối IKEA (Thụy Điển)  đề nghị áp dụng cho các xí nghiệp đối tác của mình. Theo đó, các nhà kinh tế, kỹ thuật của IKEA sẽ tới nghiên cứu tại xí nghiệp, sau đó đưa ra những giải pháp chỉ nhằm hợp lý hóa từ thao tác, đường vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm… một cách ngắn nhất, theo dõi và quản lý tốt hơn dây chuyền sản xuất, kể cả nhân công, tạo hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao. Điều cần chú ý là theo phương pháp này,  không hề làm thay đổi gì công nghệ mà nhà sản xuất đang áp dụng, mà chỉ làm nó hợp lý hơn. Công ty sản xuất gốm sứ lớn nhất của IKEA là SAIGA có thử nghiệm giải pháp này, kết quả không công bố.

Đây là giải pháp cũ nhưng không hề lạc hậu, khá phù hợp với các xí nghiệp sản xuất gốm sứ thủ công của Việt Nam, cần sự thuyết phục của các nhà quản lý kinh tế trong vấn đề này.

2. Dùng lò bông gốm, đốt gaz

 

Năm 1999, một số xí nghiệp nhập từ Đài Loan các lò nung đốt gaz, xây bằng các loại gạch chịu lửa đặc hoặc gạch xốp. Lò nhập quá đắt và còn tốn nhiều nhiên liệu. Sau này, loại lò này được cải tiến hoặc nhập nội với vỏ lò dán bông gốm cách nhiệt hoặc thay toàn bộ gạch bằng bông gốm.

Lò bông gốm trong công nghệ gốm sứ

Lò bông gốm trong công nghệ gốm sứ

 

Tháng 5/1999 Bộ Khoa học Công nghệ và môi trường cũng bắt đầu dự án tiếp nhận công nghệ lò bông gốm đốt gaz do CHLB Đức chuyển giao. Do ưu thế của vật liệu bông gốm so với các loại vật liệu khác như: độ chịu lửa cao, chịu shock nhiệt tốt, dễ gia công tạo hình, không tích nhiệt…và đặc biệt giá ngày cáng giảm: giá thị trường 380 000 – 400 000 VND / thùng năm 2007 so với 900 000 – 1100 000 VND/thùng năm 1999, nên loại lò này nhanh chóng phát triển khắp các vùng trong cả nước.

So với lò dùng gạch chịu lửa, đốt gaz, lò dùng bông gốm tiết kiệm lượng nhiệt khoảng 40% (lò gạch 0,5 kg gaz/ kg sản phẩm, lò bông 0,3 kg gaz/ kg sản phẩm). Nếu trước đây lò bông đắt hơn lò gạch, thì nay lò bông đã rẻ hơn lò gạch. Việc sử dụng lò bông thay lò gạch còn tiết kiệm được rât nhiều thời gian nung 18 – 24 h/mẻ đốt so với 36 – 48 h/mẻ đốt với lò gạch).

Vấn đề tồn tại cần giải quyết: tất cả lò nung vẫn đốt theo nguyên lý cháy tự nhiên, chỉ với những lò kích thước lón (50 – 100 m3) mới dùng các vòi đốt cưỡng bức. Điều này là không đúng. Ngay những lò nhỏ, việc dùng vòi đốt cưỡng bức cũng mang lại hiệu quả cao hơn về nhiên liệu.

 

Với hệ thống vòi đốt cưỡng bức, cài đặt chương trình tự động tốt, lượng gaz tiêu tốn cũng giảm 30 – 40% so với đốt tự nhiên (Số liệu của nhà máy sứ Thiên Thanh, Trường Cao đẳng mỹ thuật Đồng Nai). Giá thành của hệ thống vòi đốt cưỡng bức còn là vấn đề phải suy nghĩ do quá đắt trong cách nghĩ của nhà sản xuất trong chi phí đầu tư ban đầu. Với việc giá gaz tăng nhanh trong thời gian hiện nay, các nhà khoa học s4 có cơ hội nghiên cứu các hệ thống đốt cưỡng bức (kể cả tự chế), và nhất là cần những nghiên cứu nghiêm túc mang tính thuyết phục về sự tiết kiệm cuối cùng trong giá thành và chất lượng sản phẩm, khi dùng vòi đốt cưỡng bức. Mục đích cuối cùng cũng vẫn là giảm giá thành, các nhà doanh nghiệp sẽ phải đầu tư khi nhìn ra hiệu quả của kỹ thuật này.

Lò bông gốm

Lò bông gốm

3. Thay gar bằng than khí hóa

 

Khi giá dầu, gaz tăng quá nhanh, nhiều nhà máy đã tính tới chuyên chuyển sang dùng năng lượng than khí hóa. Công nghệ khí hóa than khô, chủ yếu nhập từ Trung Quốc. Kỹ thuật khí hóa chưa hoàn thiện gây vấn đề môi trường (bụi, khói). Việc tiết kiệm năng lượng còn thiếu những số liệu rõ ràng. Trở ngại lớn nhất khi ứng dụng kỹ thuật này là than không khí hóa hết ảnh hưởng tới chất lượng gạch men khi nung. Ngay cả những nhà máy thử áp dụng chỉ cho phần sấy phun cũng không cho kết quả khả quan do lẫn bụi than. Các nhà đầu tư còn rất ngại sử dụng kỹ thuật này.

4. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò con lăn

 

Lò con lăn là thiết bị nhiêt chủ yếu của các nhà máy sản xuất gạch ốp lát. Công suất của các nhà máy trong nước đã vượt nhu cầu thị trường trong nước  (80 – 120 triệu m2/năm). Việc tiết kiệm năng lượng nung là giải pháp công nghệ chính để các nhà máy nâng cao sức cạnh tranh. Nhà máy Vitaly (Tân Bình) trong một năm rút ngắn quá trình nung từ 55 phút trong thiết kế xuống còn 50 phút trong thực tế, đã tiết kiệm khoảng 2tỷ đồng tiền nhiên liệu (số liệu 1999). Kỷ lục rút ngắn thời gian nung là các nhà máy của Tajcera, thời gian nung chỉ còn 40 – 45 phút.

Lò con lăn

Lò con lăn

 

Để rút ngắn thời gian nung là kết quả của một lọat các biện pháp kỹ thuật khác, từ khâu nguyên liệu cho tới tạo hình, việc cần quan tâm là giải pháp này có thể dẫn tới chất lượng sản phẩm giảm. Một số kinh nghiệm được tổng kết như sau:

Ảnh hưởng của nguyên liệu đầu vào và công đoạn nghiền đến nhiệt độ nung

Quá trình kiểm soát nguyên liệu đầu vào và các công đoạn chuẩn bị bột ép không chỉ ảnh hưởng đến chi phí năng lượng đốt cho lò nung mà còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Các loại nguyên liệu sét được khai thác từ các mỏ thiên nhiên có độ đồng nhất không cao. Độ co của các loại nguyên liệu sét thường dao động và ảnh hưởn đến độ co của gạch mộc sau nung. Nếu loại sét được đưa vào sản xuất có độ co nhiều hơn để đạt kích thước mong muốn sẽ phải giảm nhiệt độ nung, tuy nhiên nhiệt độ nung giảm thì độ kết khối của xương gạch cũng giảm và do đó chất lượng không đạt yêu cầu. Ngược lại nếu nguyên liệu đưa vào sản xuất làm giảm độ co, có nghĩa là xương gạch sau nung sẽ có độ co giảm và để đạt kích thước theo yêu cầu phải tăng nhiệt độ nung của lò hoặc kéo dài chu kỳ nung. Điều này không có lợi vê chi phí năng lượng.

 

Thống kê tại nhà máy gạch men cho thấy muốn giảm kích thước gạch sau nung 1mm thì nhiệt độ của lò tại vùng nung cao nhất phải tăng hon khoảng 8 – 100C. Ví dụ kích thước gạch mong muốn cho gạch loại 1 là 3998 – 4006, ở nhiệt độ nung lúc bình thường là 1170 trong khi gạch ra lò có kích thước 4016 thì nhiệt độ lò sẽ phải nâng lên khoảng 1180. điều này làm chí phí gas tăng khoảng 0.05-0.07 kg/ m2 gạch.

 

Một nguyên nhân khác có thể làm tăng nhiệt độ nung của gạch là độ mịn của hồ nguyên liệu sau khi nghiền. Thông thường tiêu chuẩn cho xương gạch đỏ lát nền là 6 -7% sót hon (63µm) tuy nhiên nếu độ sót hon sau nghiền tăng lên 9 – 11%, cũng có thể làm tăng nhiệt độ nung từ 5 – 80C. Việc tăng độ sót hon sau khi nghiền có thể giảm chi phí nghiền nhưng nếu hạt phối liệu có kích thước to hơn sẽ làm giảm độ kết khối, giảm độ co của gạch mộc sau nung và do đó làm tăng nhiệt  độ nung của lò.

 

Một xu hướng lớn trên thế giới là thay đổi nguyên liệu để giảm chiều dầy viên gạch chuẩn từ 8mm xuống còn 4-5mm. Những sản phẩm gạch ốp lát mỏng này đã xuất hiện ở thị trường châu Âu, nhưng ở Việt Nam chưa thấy, cần khuyến khích các doanh nghiệp tìm hiểu, nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật này.

Ảnh hưởng của chiều dài lò đến khả năng tận dụng nhiệt.

Một chu kỳ nung gồm các giai đoạn đầu lò, tiền nung, nung (lưu nhiệt), làm nguội nhanh, làm nguội chậm và làm nguội cuối lò. Năng lượng nhiệt cho giai đoạn đầu lò và tiền nung, một phần rất lớn được quạt hút đầu lò hút từ vùng nung vê phía đầu lò. Nếu khu vực đầu lò và tiền nung có chiều dài lớn thì khả năng tiếp xúc của dòng khí nóng này và gạch nạp vào lò dài và khả năng trao đổi nhiệt tốt hơn, kết quả là dòng khí theo ống khói thải ra ngoài có nhiệt độ thấp, nhiệt lượng được tận dụng cho quá trình nung được triệt để.

Việc kéo dài giai đoạn tiền nung và đầu lò còn được lợi ở khía canh khác là việc nâng nhiệt độ gạch lên đến vùng nung một cách từ từ sẽ giảm thiểu được các khuyết tật của sản phẩm gạch sau nung xảy ra trong giai đoạn này.

Ảnh hưởng của diện tích sử dụng lò đến chi phí năng lượng nung.

Tuỳ theo loại sản phẩm, tùy thuộc vào kích thước lò, việc chọn lựa chiều viên gạch nạp vào lò để tận dụng diện tích hữu ích của lò, tăng năng suất nung của lò do đó có thể làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng. Để minh họa cho vấn đề này, chúng ta có thể làm một bài tính đối với lò có kích thước ngang lọt hon là 2.0 m,  chiều dài 90m. Giả sử nung gạch 20x25 có độ co 1.5%. như vậy kích thước của viên gạch trước khi nung sẽ là 203 x  253,75. Nếu khi nạp vào lò các viên gạch nằm cách nhau theo chiều ngang là 10 mm. như vậy, nếu nạp gạch vào lò theo chiều ngang (cạnh ngắn nằm phía vách lò) thì số viên gạch nạp theo chiều ngang là 8 x 253.75 + 10 x 7=2030 + 70 =2100 số gạch khi đầy lò là 443x 8=3544 viên. Nếu nạp theo chiều dọc 9x203 + 10x8=1970 < 2100 như vậy ta chỉ có thể nạp 9 viên. Nếu lò dài 90 m thì số viên gạch khi đầy lò là 354x9=3186. Như vậy tuỳ thuộc vào cách nạp gạch vào lò ta có thể làm tăng hiệu suất sử dụng lò, do đó có thể tiết kiệm được năng lượng.

Tận dụng nhiệt giai đoạn làm nguội của quá trình nung.

Nếu giai đoạn làm nguội nhanh không khí thổi trực tiếp vào mặt gạch để hạ nhiệt độ, thì ở giai đoạn làm nguội chậm không khí được dẫn từ ngoài vào hong qua các ống dẫn, hấp thu nhiệt nhờ truyền nhiệt qua thành ống, do vậy, đây là không khí sạch được gia nhiệt. quá trình làm nguội chậm hạ nhiệt độ của viên gạch từ khoảng 6500C xuống còn 35000C nên nhiệt năng lấy đi là rất lớn. Lượng không khí dùng cho quá trình này có nhiệt độ đầu ra khoảng 80 -900C. Có thể hoàn lưu làm không khí cung cấp cho các bét đốt của lò. Với định mức tiêu thụ vào khoảng 1.1 kg/m2 gạch thành phẩm cho lò thì với nhà máy có công suât 5000 m2 ngày, lượng gas tiêu thụ vào khoảng 5500kg gas. Như vậy lượng không khí cần sử dụng cho quá trình cháy bẳng các phép tinh đơn giản có thể ước tính bằng 61520 m3 không khí. Ta cần phải tiêu tốn một lượng nhiệt năng để nung nóng không khí này trong quá trình đốt. Việc tiến hành cải tiến này có thể làm giảm lượng gas tiêu thụ cho 1 m2 gạch từ 1.1 kg/m2 còn 1.05 kg/m2.

Không khí ra trong quá trình làm nguội cuôi lò có nhiệt độ khoảng 1500C. Trong khi nhiệt độ làm việc của máy sấy gạch mộc khoảng 150 – 1600C. Lượng không khi này có thể tận dụng cho sây đứng. Tuy nhiên khi thực hiện việc hoàn lưu khí ở giai đoạn làm nguội chậm vê sấy đứng cần phải tinh đến các yếu tô ảnh hưởng khác như khoảng cách từ vị trí ống khói đến máy sấy gạch mộc, áp suât dòng khí phải ổn định …

III  Các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho lò tunnel nung gạch ngói

Lò tunnel nung gạch ngói xây dựng là đối tượng quan trọng trong nghiên cứu ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng.

1. Trộn than cùng đất sét

 

Đây là giải pháp được nhiền nhà máy ứng dụng, việc trộn them bột than (khoảng 3% khối lượng) tăng độ bền cơ gạch mộc, nhiệt cháy than truyền trực tiếp cho gạch mộc, hiệu quả nhiết tăng rất cao, giảm lượng than đốt. Tuy nhiên, giải pháp này làm tăng độ xốp của gạch và khi đốt có thể tạo lõi đen, nếu cháy không hết than ở trong.

2. Dùng vật liệu chịu lửa nhẹ cho xe goòng

 

Các nhà máy sản xuất gạch nung, sứ vệ sinh, gạch ngói, sản phẩm chịu lửa và ống cống bằng gốm, kể cả nung ở nắp lò hay cạnh lò đều được lắp đặt xe lò nung để chở các sản phẩm đi trong khoang lò. Do đó, sự ổn định của các xe lò nung đòi hỏi phải sử dụng vật liệu chịu lửa, có độ cách nhiệt cao, khả năng chống biến dạng cao dưới tải trọng nhiệt và có độ bền va đập tốt Xe goong sử dụng trong các lò nung hấp thu một lượng nhiệt lớn do khối lượng của nó.

 

Khi di chuyển trong lò, các xe này làm thất thoát một lượng nhiệt rất lớn từ vùng nung sang vùng làm nguội, lượng nhiệt này cần giảm thiểu tới mức nhỏ nhất, nhằm tiết kiệm năng lượng.

Dùng vật liệu chịu lửa nhẹ cho xe goòng

IV. Kết luận

 

Ngày nay vấn đề tiêu tồn năng lượng trong sản xuất được đưa lên hàng đầu vì ngoài việc đảm bào các chi phí nó còn liên quan mật thiết đến môi trường, phát thải khí nhà kính. Nghành sản xuất vật liệu gốm sứ, thủy tinh là ngành công nghiệp lâu đời, quá trình sản xuất gắn liền với lò nung, nhiên liệu. Nó tiêu tốn rất rất nhiều năng lượng và phát thải khí CO2 rất khủng khiếp. Chính vì vậy xu hướng tiết kiệm năng lượng trong ngành này đang được rất nhiều các cơ quan ban nganh quan tâm. Tiết kiệm năng lượng là xu hướng tương lai.

V. Tiết kiệm năng lượng nhưng có đảm bảo được chất lượng hay không?

 

Tiết kiệm năng lượng là xu hướng , là tương lai. Tuy nhiên vấn đề được đặt ra là việc tiết kiệm năng lượng có ảnh hưởng gì đến chất lượng sản phẩm hay không ? Vì đối với các sản phẩm nghành gốm sứ -thủy tinh thì sản phẩm phải được nung đủ lửa, đạt nhiệt độ thì mới có chất lượng tốt nhất.

 

Đề giải đáp các thắc mắc trên của khách hàng, công ty TNHH Chứng Nhận Và Kiểm Định Chất Lượng Opacontrol của chúng tôi chuyên cung cấp dịch vụ thử nghiệm cũng như chứng nhận hợp chuẩn cho các sản phẩm gạch nung, gạch men, sứ vệ sinh, sản phẩm chịu lửa… Đến với OPACONTROL- đơn vị chủ quản của phòng LAS XD 635 bạn sẽ được đảm bảo mọi yêu cầu vể chất lượng.

Để được tư vấn và kiểm tra chất lượng một cách tốt nhất hãy liên hệ với chúng tôi  công ty TNHH Chứng Nhận Và Kiểm Định Chất Lượng Opacontrol. Hotline 1900.0206 email opa@opacontrol.vn

 

CÔNG TY TNHH CHỨNG NHẬN VÀ KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG OPACONTROL

Website: https://opacontrol.vn/

Email: opa@opacontrol.vn

Facebook:https://www.facebook.com/opacontrol

SĐT: 024.22061628 - 19000206