風火窯燒制過程對生態環境的影響

張雪峰 宮小龍 馮青

摘 要：文本對景德鎮古窯民俗博覽區的風火窯以松柴為燃料燒制過程中所用到的柴量進行了記載，同時每隔10分鐘對窯內匣缽不同方位上中下溫度進行測量；每上升100℃對窯內溫度進行數據記錄，同時在有限時間段內對煙囪里排出的煙氣成分通過煙氣分析儀進行了分析研究，詳細掌握窯爐耗能過程后，最后對窯爐燒制過程中存在的優缺點結合響應國家的號召作出分析。

關鍵詞：燒制過程;窯內溫度；煙氣成分;耗能過程

1 前言

人類不斷地學習，革新固有的思想，景德鎮的陶瓷窯爐在短短幾十年內發生了舉世矚目的改變，從最初的柴窯到柴煤混燒窯、煤窯、煤改氣隧道窯、燃油隧道窯，再到清潔的液化氣窯。當瓷廠的柴窯悄然熄滅時，主導中國陶瓷燒制1000多年的窯爐，柴窯徹底熄火，柴窯完全退出歷史舞臺。從唐宋元明清五個朝代到1996年瓷廠的柴窯結束，瓷都的柴窯火世代燃燒，燒了很長的歲月，窯火終于熄滅。雖然松柴火窯的火已經熄滅，但松柴火窯的火始終在景德鎮人民心中。現在我們再次開啟松柴窯，再次點燃松柴窯的火。我們秉著承擔起發揚柴窯文化、保護國家級非物質文化遺產、弘揚傳統燒瓷柴窯的責任。

松柴窯結構復雜，工藝要求較高。現在世界上能制造窯爐的大師很少。師傅要燒好一窯瓷器，需要幾十年的技巧。觀察火的走勢、測量溫度和控制大氣都是基于視覺、聽覺和經驗。如果他粗心，他可能會失去前面所做的所有工作。然而，正是由于柴窯燒瓷方法成本高、風險高，柴窯陶瓷才受到更多人的喜愛。松柴窯燒制的產品被視為珍品，在國際上享有很高的盛名。景德鎮風火窯就屬于典型的松柴窯如圖1所示正在裝窯。燒制需滿足一滿二燒三熄火，即碼匣滿窯、投柴燒煉、適時熄火。這三步，相輔相成，步步關鍵。滿窯前需將瓷坯放入匣缽如圖2所示，隨后將匣缽送入窯內，按一定規則堆疊碼放如圖3所示，這滿窯的奧秘，就在于對火路的通盤設計。火路，是指匣缽之間的縫隙，每排及每柱匣柱之間留有三指至一拳左右的間距，便于火焰穿行。匣柱間用碎匣片蘸匣缽泥作橫向支撐，形成兩兩支撐的穩定系統，以防高溫下匣柱因重心不穩而側向倒塌。滿窯時，每滿幾排匣柱后，需錯位滿裝一排，使快速穿行的火焰產生湍流，避免匣柱單側受熱。滿窯完畢后，還需在窯頭架設臨時火床。火床架設完畢后，其上碼放一部分供點火用的窯柴，然后即可封砌窯門。窯門自下而上依次留有灰溜門、子門、投柴口和鑲嵌大器匣缽的窯眼，以備燒窯操作與看火之需。窯門封好后，用黃泥涂敷并填平縫隙。 即可點火燒窯。

2.風火窯的結構

風火窯？又名錦窯。由于火焰從前向后平流而動，又稱平焰窯。窯身全長16.5～18m，寬（最寬）4.6～5m，高（最高）5.4m，窯底 （床） 前端低，后端略高，傾斜度為1°30′～3°。窯前正中設有高3m，寬0.6～0.7m的窯門，窯門內有一個寬約1.1～1.2m，長0.7～0.8m長方形火坑，其火坑低于窯底1m左右。火坑上面是搭設臨時爐柵的位置。火坑往后是窯頭、大肚、窩里、小肚、從里到掛窯口、余堂（煙囪底部）。但窯底寬度一般大于窯身，而在“大肚區域，窯身則略大于窯底。其余部位都均衡收縮到掛窯口。煙囪在掛窯口及窯尾上方，煙囪高度等于窯的長度約16.5～18m（窯底算起），煙囪上下截面都似蛋形，出口面積為1.75～2㎡。煙囪頂部呈鋼筆尖形，尖頭指向窯前，囪壁厚度8～8.5cm稱“薄壁”煙囪。

3 煙氣分析儀測煙氣

憑借煙氣分析儀檢測燃燒過程中高溫煙氣的成分，掌握窯爐燃燒參數，通過對燃燒參數的綜合分析，燃燒參數有氧氣（O2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO 2 ）等，這些參數表征了窯爐燃燒狀況。一氧化碳（CO）的含量是燃料是否充分燃燒的關鍵參數，氧氣（O 2 ）的含量是參與燃燒的助燃氧氣輸入多少的直接反映。一般情況下，需要盡量少生成一氧化碳（CO），且盡量少地留下氧氣（殘氧），目的在于使窯爐燃燒趨近于理想燃燒區域，提高燃燒效率節能降耗、降低成本。一般而言，窯爐煙氣測量的環境十分苛刻，而煙氣分析儀的傳感器十分精密，一旦傳感器因煙氣濃度過量而過載，就會損壞煙氣分析儀傳感器。我們使用Tes340型煙氣分析儀[1]對公司的窯爐進行了殘余氧、一氧化碳等測試。測試數據如表1所示。

從檢測結果看，窯爐殘氧量較高，氧氣用量過剩。7月16日根據檢測結果對窯爐燃燒參數進行調整，降低氧氣用量，將窯爐的氧燃比（氧氣與高溫煙氣的比值）下調0.1，檢測前后的數據對比見表2。

調整窯爐氧燃比后，窯爐溫度顯著提高。通過燃燒曲線圖如圖4所示分析

（1）在右邊區域，過剩空氣越多，則使燃料得到充分燃燒。從而生成的CO量就會變少，但過多過剩的空氣會帶走煙氣，造成過剩燃燒。

（2）在左邊區域，過剩空氣越少，可以減少過剩空氣帶走的熱量，但過少的過剩空氣會導致燃燒不充分，導致生成CO的含量增多，造成不完全燃燒 。

（3）只有在 中間 的區域 內，過剩 空氣 帶走 的熱損失與不完全燃燒造 成 的熱損 失之和達 到最小，稱為理想燃燒 區域 ，燃料與空氣比最符合燃燒。

通過提高氧燃比能很大程度提高燃燒效率，符合國家節能減排戰略思想。節能減排 ，一直是政府高度重視的戰略課題 ，各行各業 各級政府均有節能減排的任務指標 。[2]

4 風火窯利弊分析

風火窯主要是以松木[3]為燃料 ，松木內含油脂，耐燃燒，能量較高。[4]最初的瓷廠和古窯瓷廠還在繼續使用這種窯。主要應用于烘焙高檔彩色釉瓷。該窯是中國三大陶瓷窯之一。這是中國傳統窯爐的獨特風格。屬于平焰窯[5]。窯內各部位的火焰走勢和溫度分布大致可分為高、中、低火位，這樣的設計能裝載和燒制出大型產品，能滿足人類的各種所需。它燒制的瓷器低油耗、結構簡單、成本低、色澤好、亮度高。另一個特點是窯體內外有間隙，起到隔熱和防止窯壁開裂的作用。它燒制出產品顏色高雅大氣，受到中外人士的高度贊揚。窯工師傅憑借多年的燒制經驗加上古人留下的智慧，使得風火窯越來越得到社會各界人士的一致好評。風火窯雖然能燒制出獨樹一幟的成品，但是為了響應國家號召，柴燒產生的煙氣污染物太嚴重，不利于保護自然環境，所以風火窯一個月只燒制一次，窯工師傅也一直在摸索如何通過最少的柴量燒制出最高的成品。

5 窯改對環境的影響

中華人民共和國成立后，景德鎮陶瓷產業憑借獨特地理環境迅速崛起，生產規模跟隨松木的使用量不斷擴大。當時，景德鎮人曾想盡各種辦法組織了大量采木工人在山里較難砍伐的地方砍伐松樹，但有個很棘手的問題是松柴的使用量供不應求。于是景德鎮人改變固有的思想決定改造陶瓷工業窯爐，即將燒瓷所用的燃料由煤取代松柴。松柴的特點是耐燃燒，火力大，燒出來的瓷器色澤光亮，非常高端大氣。而煤窯作為一項新技術。經過反復試驗表明，煤窯的溫度高于柴窯。煤窯的最高溫度可達到1350℃以上，而柴窯的最高的溫度為1200℃左右。煤窯雖然最高溫度比柴窯高，但是煤窯燒制的瓷器的顏色和亮度不如柴窯的好，特別是煤窯燒成的琉璃陶瓷的質量明顯不如柴窯燒出來的。一直摸索著走的景德鎮人組織技術人員和多年燒瓷的窯工師傅，把柴窯與煤窯所有的優勢結合在一起，逐一攻破煤窯所遇到的質量問題。柴窯向煤窯的推進，提高了景德鎮陶瓷工業的生產效率，從而生產出更多的瓷器使景德鎮瓷器走出景德鎮走向全國跨向世界。

由于當時煤炭價格較低，燃煤成本比燃柴低約20%，再加上煤炭資源豐富，有效克服了陶瓷所需能源的問題。柴窯改為煤窯，使景德鎮周邊森林得以休養，生態環境極速改善。由于當時砍伐的松木都是馬尾松林，馬尾松是一種容易生長的樹種，景德鎮四周的山上幾年時間里就樹木叢生，百草風茂。隨著社會的不斷革新，煤礦已不能滿足生態環境的要求。因此，煤窯被氣窯取代，這樣更進一步使景德鎮生態環境得以改善。我們都知道雖然工業為人類作出了巨大貢獻，但它也對人類賴以生存的環境產生了極具破壞性影響。景德鎮人引以為豪的陶瓷產業也不例外，對景德鎮生態環境造成了巨大破壞。為此景德鎮人做了一個數據采集。景德鎮市區30多平方公里的城市建成區內有600多座煙囪。每個燃煤窯的煙囪排放的煙塵最大濃度超過每立方米7000mg，是國家標準的35倍。每個燃煤隧道窯煙囪排放的煙塵最大濃度超過10000mg，是國家標準的43倍。月自然降塵量高達56.2t/km2，如果一年不清理，煙塵厚度可達30-40cm。景德鎮人意識到，煤窯所帶來的環境污染問題非常大，而且也確實給老百姓造成了生存影響。

景德鎮人民全面落實科學發展觀，走人與自然和諧共生的發展道路，讓陶瓷企業從城市退到園區，拆除所有工業燃煤窯爐和煙囪，以清潔衛生的氣體能源替代煤炭能源，讓景德鎮再次成為一個生態環境良好的地區。這是景德鎮陶瓷工業窯爐的又一次大的變化。生態環境是人類生存和發展的根本。有了良好的生態環境，瓷都景德鎮市民過上了舒適的生活，外國投資者在景德鎮投資也會感到舒適。景德鎮人不斷努力，讓綠水青山一步步靠近金山銀山。所有工業燃煤窯爐和煙囪統統被拆除，以清潔衛生的氣體能源取代煤炭能源。[6]就這樣一步步的改進，景德鎮從一個重污染的工業城市變成一個“國家衛生城市”、“國家園林城市”、“全國優秀旅游城市”。雖然一段時間以來，陶瓷企業的經濟效益和城市的陶瓷生產受到影響，但景德鎮人民力求上進，全面貫徹落實中國共產黨的重要發展理念，通過轉變經濟發展戰略，走上了振興景德鎮陶瓷之路，通過科技和產業集群推廣陶瓷。如今，景德鎮沒有因為陶瓷工業窯爐的改造而影響陶瓷企業的經濟效益和城市陶瓷產業的規模，而是迎來了陶瓷昔日的春光。金山銀山景德鎮被人們守住了，景德鎮也實現了山清水秀、城美的綠水青山。黨的十七大以來將生態文明寫入了黨史。生態文明是繼物質文明、精神文明和政治文明之后的又一文明。生態文明的提出，是我們黨為子孫后代創造良好生態環境，讓全體人民喝上干凈水、呼吸新鮮空氣，實現子孫后代可持續發展的以人為本執政理念的體現。在市政府的堅強領導下，瓷都景德鎮人民生活過得越來越甜美，全世界各地的游客來到景德鎮，無論是乘飛機、坐火車還是駕車從高速公路來，都被景德鎮優美的生態環境所感染。他們可以盡情地享受著燦爛的陽光，每天喝上甘甜的山泉水，呼吸著溫馨的空氣的同時學習景德鎮千年的文化底蘊。這也是景德鎮人所期待的共同愿景！

6 小結

我國近些年正加大力度治理環境，各企業深刻響應國家號召，不斷改進力求在科學發展中謀求一條最合理的理想道路，本文對景德鎮古窯民俗博覽區的風火窯以松柴為燃料燒制過程中所用到的柴量進行了大致記載，同時每隔10min對窯內匣缽不同方位上中下溫度進行測量；目的是觀測匣缽溫度對陶瓷燒制均勻性的監測，每上升100℃對窯內溫度進行數據記錄，也為日后研究窯內溫度對匣缽的影響留下了數據，在有限時間段內對煙囪里排出的煙氣成分通過煙氣分析儀進行了分析研究，最終確立最佳氧燃比，以提高燃燒效率，減少煙氣污染物排放對環境的影響。詳細掌握窯爐耗能過程后，對窯爐燒制過程中存在的優缺點結合響應國家的號召做出分析，窯改一直在路上，不斷改進尋求一條符合國家可持續發展，為子孫后代造福的一條光明道路。

參考文獻

[1]張鐵柱，邵勝利.利用煙氣分析儀輔助玻璃窯爐節能減排[J].玻璃纖維，2011（02）：8-10.

[2]王龍，蔣學悟，劉海韜.淺談通過煙氣分析技術輔助玻璃窯爐節能減排的經驗[C].安徽：2007中國浮法玻璃及玻璃新技術發展研討會，2007-10.

[3]李豪.新型節能環保柴氣混燒窯的結構研究及數值模擬 （碩士學位論文）[D].江西：景德鎮陶瓷大學，2020.

[4]劉振群.窯爐的改進和古陶瓷發展的關系 [J]. 華南工學院學報. 1978：74-83.

[5]高風田.美國玻璃纖維窯爐煙囪排放物的測定[J].玻璃.1987：43-49.

[6]廖學建，呂思凱.臨沂市對陶瓷工業窯爐推行清潔燃燒技術改造[J].中國資源綜合利用.2004：6-7.

Influence of Firing Process in air fired Kiln on Ecological Environment

ZHANG Xue-feng，GONG Xiao-long，FENG Qing

（School of Materials Science and Engineering， Jingdezhen Ceramic University，Jingdezhen 333000，Jiangxi，China）

Abstract： The text records the amount of firewood used in the burning process of the wind fire kiln in the Jingdezhen ancient kiln folk custom exhibition area using pine firewood as fuel， and measures the upper， middle and lower temperatures of the sagger in the kiln in different directions every 10 minutes; The temperature in the kiln is recorded every 100 ℃ rise. At the same time， the composition of the flue gas discharged from the chimney is analyzed and studied by the flue gas analyzer within a limited period of time. After the energy consumption process of the kiln is mastered in detail， the advantages and disadvantages in the firing process of the kiln are analyzed in combination with responding to the call of the state.

Keywords： Firing process; Temperature in the kiln; Flue gas composition; Energy consumption process