隧道窑设计方案说明书产万件寸盘.docx

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隧道窑设计方案说明书产万件寸盘

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一、原始数据……………………………………………………………2

二、窑体主要尺寸的确定………………………………………………3

三、工作系统的确定……………………………………………………5

四、窑体材料及厚度的选择……………………………………………6

五、燃烧系统计算………………………………………………………6

六、物料平衡计算………………………………………………………7

七、预热带及烧成带的热平衡计算……………………………………8

八、冷却带热平衡………………………………………………………12

九、烧嘴的选择…………………………………………………………15

十、后记…………………………………………………………………15

文考参、一十．

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献…………………………………………………………15

一、原始数据

1.1设计题目：

年产600万件8寸盘隧道窑设计

1.2设计技术指标、参数：

坯料的化学组成<%）：

SiO2

AlO23

CaO

MgO

FeO23

KO+NaO22

I.L

69.20

19.96

0.87

0.49

0.88

3.12

5.48

产品的规格：

八寸盘直径=238mm高度=40mm

单重：

0.37Kg每件坯体线收缩率10%

入窑水分：

2.2%

产品合格率：

96%

工作日：

320天

oC38夏季最高气温：

烧成制度：

周期19小时

oC1320最高烧成温度：

气氛制度：

还原气氛

燃料：

3>

QOCOS

HHCHCO

HCN（MJ/Nm焦炉煤气net2

222n

m42．

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6.857.022.32.90.22.37.70.817.52

窑具：

SiC棚板、SiC支柱

1.3温度制度的确定

根据制品的化学组成、形状、尺寸、线收缩率及其他一些性能要求，制订烧成制度如下：

20℃——500℃4小时预热带氧化气氛

500℃——950℃2.5小时预热带氧化气氛

950℃——1200℃2小时烧成带强还原气氛

1200℃——1320℃1.5小时烧成带弱还原气氛

1320℃----1320℃保温1小时烧成带弱还原气氛

1320℃——700℃2小时急冷带

700℃——400℃4.5小时缓冷带

400℃——80℃1.5小时快冷带

窑型的选择1.4

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窑车式明焰隧道窑，棚板裸烧。

二、窑体主要尺寸的确定

2.1坯体规格

238/<1-10%）=264.44mm40/<1-10%）=44.44mm

因此坯体规格：

264.44mm*44.44mm

2.2窑内宽的确定

装车方法的确定：

<车上棚板的放置方法）

沿车的长度方向装3行棚板，每个棚板的间距为20mm，与棚板车边间距为20mm。

沿车的宽度方向装2行棚板，每个棚板的间距为40mm，棚板与车边间距为30mm。

棚板采用的规格为：

530*530*12mm

支柱：

40*40*50mm

窑车车面的尺寸：

Le<长）=1650mmBe<宽）=1160mm

窑内宽=1160+20*2=1200mm

2.3窑内高尺寸的确定：

1）为了方便计算，可将车上的棚板定位统一的高度，坯体在窑车内分18层放，则窑内高度为：

<50+12）*18+4=1120mm

窑车高度的确定：

轨面到窑车衬砖面的高度为700mm，为了避免火焰直接冲刷制品，窑车上设200mm高的通道<由50mm厚的耐火粘土板及粘土砖组成）窑车的高度为：

H<车）=700+50+200=950mm

0，则窑车装载平面至拱脚高：

为1120mm取拱心角ａ=602）拱高f的计算：

o:

a=60拱顶拱心角f=0.134*1200=160.8mm

R=1048.57mm

侧墙的总高度<轨面至拱脚）：

h=950+1120=2070mm

:

h=1116+160.8=1280.8mm

则由窑车的台面到拱顶的高度为

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轨面至拱顶：

H=950+1280.8=2230.8mm

2.4窑体有效长度的确定

每块棚板制品装4件，则：

装车密度Ge=4*6*18=432件/车

装窑密度：

432/1.65=261.818件/M

窑长=<生产任务*烧成时间/年工作日）/成品率*装窑密度

=<60000000*19/320*24）/0.96*261.818

=62.99m

窑内容车数：

n=L/1.65=62.99/1.65=39辆

窑车的有效长度为：

n*1.65=64.35m

2.5窑体各带长度的确定

预热带长Ly=<预热时间/总烧成时间）*总长=6.5/19*64.35=22m

烧成带长Ls=<烧成时间/总烧成时间）*总长=4.5/19*64.35=15.24m

冷却带长Lv=<冷却时间/总烧成时间）*总长=8/19*64.35=27.1m

2.6窑体总长度的确定

考虑到窑车的受热膨胀，冷却带应增加0.3m,设进车室2m，出车室2m.窑体总长为L=64.35+0.3+2+2=68.65m

推车时间：

τ*60/n=19*60/39=29.23<分/车）

每小时推车数：

60/29.23=2.053<车/小时）

三、工作系统的确定

3.1排烟系统

在预热带2到9设置8对排烟口，每车位一对。

1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧墙皆开孔。

气体喷出方向与窑火气流成90度角。

12号车位设置气氛气幕，烧成带前端950摄氏度至1050摄氏度设置一道气氛幕，这是气氛出氧化转为还原的位置，从冷却带抽热风由窑侧墙和窑顶成90度垂直吹入。

燃烧系统3.2

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在烧成带15号到26号车位设7对烧嘴相错分布，每车位一对，两侧相错0.8m，采用高速调温烧嘴，助燃空气不预热直接抽取车间空气，采用环形供风方式，使各烧嘴前压力基本相同。

在预热带的窑顶每2个车位设置一个高速调温烧嘴，起到搅动作用。

3.3冷却系统

冷却带9.03M长的急冷带，在27号车位设置急冷气幕，从窑顶和侧墙喷入冷空气。

并且在28号和29号车位设置风机从窑顶和侧墙喷入冷空气。

缓冷带长18.07m，从31号到39号车位设7对热风抽出口，每车位一对。

热空气经金属管道由热风机抽送干燥，再作为气氛幕用气体。

快冷带在窑尾39号由冷却风机自窑顶和侧墙集中鼓入冷却空气对制品直接冷却。

车下自12号到31号车位，每2个车位设置1个冷却风进风口，由车下冷风机鼓风冷却，并在5号车位排出。

3.4传动系统

由窑车连续性传动，原理：

由于螺旋杆上的活塞在油压的作用下连续不断的向前前进，推动窑车在窑内移动。

3.5窑体的附属结构

3.5.1事故处理孔

事故处理孔下面应与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的碎片。

事故处理孔尺寸为：

宽500毫M，高1250毫M，分别设在11号车位和19车位。

3.5.2测温孔及观察孔

在烧成曲线的关键处设置测温孔，低温段布稀点，高温处密点，以便于更好地了解窑内各段的温度情况。

观察孔是为了观察烧嘴的情况。

3.5.3膨胀缝

窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免窑体开裂，挤坏，必须留设膨胀缝。

分别在4、8、11、14、16、18、21、24、28.31,36,39号车位设置20mm的膨胀缝。

四、窑体材料及厚度的选择

窑墙、窑顶所采用的材料及厚度应满足各段使用性能要求，考虑各处的温度，

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对窑墙、窑顶的要求，砖型及外型整齐等方面，根据上述原则，确定窑体的材料及厚度如下表：

温度范围o<）C

窑墙材料及厚度

窑顶材料及厚度

轻质高铝砖

硅藻土砖

钢筋混凝土

轻质高铝砖

硅酸铝耐火纤维

蛭石

钢筋混凝土

进车室

80

80

ooC20C-950

230

230

230

50

100

ooCC-1310950

230

460

230

50

100

ooCC-801310

230

230

230

50

100

出车室

80

80

五、燃烧系统计算

理论空气量：

本设计燃料采用焦炉煤气，其成分组成如下表所示:

焦炉煤气

CO

H2

CH4

CHmn

HS2

CO2

N2

O2

3>

（MJ/NmQnet

6.8

57.0

22.3

2.9

0.2

2.3

7.7

0.8

17.52

燃料所需要的空气，根据经验取空气系数为α＝1.2，近似计算得：

033V>

/Nm＝0.26*17.52-0.25=4.31（ma3v=1.2*4.31=5.172实际空气量nma按照燃料的化学成分计算理论烟气量：

由经验公式0.272*Q03net=+0.25=5.02Vnm

10003V=5.02+（1.2-1>*5.172=6.0544实际烟气量为：

nm理论燃烧温度的计算：

320t?

?

℃。

焦炉煤气比热1.30KJ/M℃，空气比热为设空气温度C＝aa3?

℃，t=t。

则理论燃烧1.41KJ/M＝为：

C4-18℃，燃烧产物温度查书本=20faf

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温度为：

T＝（Q+VCt+Ct>/VCfanetafa17520?

1.3*20*5.172?

1.41*20=t

＝

c*6.0544即：

6.0544*C*t=17797.2

当t=1800℃，c=1.66时，6.0544*1.66*1800=17872>17797.2

当t=1600℃，c=1.64时，6.0544*1.64*1600=15693<17797.2

可以得到t=1799℃

1800?

1799*100%=0.45%<1%合理，取高温系数为η=0.80。

实际燃相对误差：

1600烧温度为1439.3℃比需要的温度高119.3℃，这符合要求有利于快速烧成，保证产品达到烧熟的目的。

六、物料平衡计算

1）每小时烧成制品质量Gm

Gm=0.37*432*2.053=328.15Kg/h

2>每小时烧成干坯质量Ggp

Ggp=Gm*100/（100-IL>=328.15*100/（100-5.48>=347.18Kg/h

3>每小时入窑的湿制品质量Gsp

Gsp=Ggp*100/（100-W>=347.18/（1-0.022>=354.99Kg/h

4>每小时蒸发自由水的质量G2s

G2s=Gsp-Ggp=354.99-347.18=7.81Kg/h

5>棚板及支柱的质量

棚板的密度：

p=2100Kg/m3

G2=<0.53*0.53*0.012*6*15+0.04*0.04*0.05*6*15*4）*2.053*2100=1432.1

Kg/h

七、预热带及烧成带的热平衡计算

7.1热平衡计算基准及范围

在此以1小时作为计算基准，而以0℃作为基准温度。

计算燃烧消耗量时，热平衡的计算范围为预热带和烧成带，不包括冷却带。

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7.2热平衡框图

QQQ`

aaf

↓↓↓

QQ→→g2Q→→Q81

↓↓↓↓↓

QQQQQ75634其中Q---制品带入的显热Q---棚板及支柱带入的显热21Q---燃料带入化学热及显热Q---助燃空气带入显热afQ'---漏入空气带入显热Q---产品带出显热3aQ---棚板及支柱带出显热Q---窑墙、窑顶散失之热54Q---窑车积散之热Q---物化反应耗热76显热废气带走---Q---其他热损失Qg81、热收入工程

Q制品带入显热1.1入窑制品的含2.2%自由水,

Gsp=Ggp*100/（100-W>=347.18/（1-0.022>=354.99Kg/h

入窑制品温度t'=20℃

oC

:

C=0.95KJ/kg入窑制品比热取为1Q=G*C*t'=354.99*0.95*20=6744.81KJ/h111Q2.棚板及支柱带入的显热2℃C=0.963KJ/Kg*C*t=1432.1*20*0.963=27582.246KJ/hQ2=G2Qf

燃料带入化学3.

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已知Qn=0KJ/Nm3入窑温度t=20℃1752查表得，C=1.99KJ/kg℃设每小时燃气X千克

Qf=x（0+1.99*20>=17559.8xKg/h17524.助燃空气带入Qa

33/m燃料所要空气量Va=4.31m空气温度t=20℃,可得：

C=1.3KJ/Nm3℃

Qa=Va*C*t=4.31x*1.30*20=112.06xKJ/h

5.漏入空气Qb

预热带取空气系数a=1.10

oa=4.741Nm3/Nm3V理论空气量烧成带取空气系数a=0.95

o=x*（2.5-0.95>*4.741=7.348xNm3/Nm3Va=x*（ag-af>VQb=Va*C*t=7.348x*1.30*20=191.05xKJ/h

2、热支出工程

Q制品带出显热①3出烧成带产品质量G=328.15kg/h（不考虑灼减>3出烧成带产品温度t=1320℃3查得产品的平均比热C=1.20KJ/kg℃3Q3=Gm*C*t=328.15*1320*1.20=519789.6KJ/h

②棚板及支柱带走显热Q4棚板及支柱质量G=1432.1kg/h4出烧成带温度t=1320℃4C4=0.96+0.000146t*1320=1.153KJ/Kg℃

Q4=G4*C4*1320=2179446.72KJ/h

③烟气带走显热Qg1

烟气中包括燃烧生成的烟气即预热带不严密处漏入之空气外

ooa]x+Vmg+（ag-1>V离窑烟气体积Vg=[V离窑烟气温度一般为200-300℃，

℃Cg=1.44KJ/Kg℃tg=250先取．

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ooa]x+Vm}*Cg*tg

g+（ag-1>VQg=Vg*Cg*tg={[V={[5.02+<2.5-1）4.741]x+1500}*1.44*250

=4367.34x+540000KJ/h

④通过窑墙、窑顶散失之热Q5

-3*t=0.662+0.08*10λ高铝砖铝砖导热系数硅藻土砖导热系数λ硅藻土砖=0.11W/（m℃>

硅酸铝耐火纤维束导热系数λ纤维=W/（m℃>0.2蛭石导热系数λ蛭石=0.052W/（m℃>

预热带、烧成带长度之和22+15.24=37.24m,

单侧窑墙散热：

温度范围℃热流W/m2散热KJ/h

20-50099.171505.83

500-900291.082762.52

900-1200234.971784.06

1200-1310275.111784.06

1310287.431091.2

两侧窑墙散热：

<1505.83+2762.52+1784.06+11784.06+1091.2）*2=17336.67KJ/h

2*1.04857*1/6*37.42=40.89m=2窑顶散热面面积：

A∏顶窑顶散热：

KJ/h散热热流W/m2m2温度范围℃窑顶面积20-50014.9495.771430.9

500-9009.33281.772631.2

900-12007.46425.063175.05

1200-13205.6498.182791

13203.73520.581944

=1430.9+2631.2+3175.05+2791+11944=11972.15KJ/hQ∴顶=17336.67+11972.15=29308.82KJ/hQ5Q6

物化反应耗热5.

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不考虑制品所含结晶水。

1）自由水蒸发QwT1=250℃C1=1.44KJ/Kg℃G=4.79Kg/h

2）其余物化反应Qr

制品中Al2O3含量为19.96%

物化反应：

Q7=Qw+Qr=Ggp*2100*Al2O3%+Gw*（2490+1.93tg>

=2135215.289KJ/h

6.其他热损失Q7

取经验数据，占收入的5%

7.3列出平衡方程

热支出=热收入

6744.81+27582.246+17559.8x+112.06x+191.05x=（519789.6+2179446.72+4367.34x+540000+29308.82+2135215.289>/0.95

得出：

x=416.65

3。

Nm每小时需要液化气416.65即7.4列出预热带及烧成带热平衡表并分析讨论

表7-1预热带、烧成带热平衡分析表

热收入

热支出

工程

KJ/h

%

工程

KJ/h

%

1.坯体带入显热

6744.81

0.098

1.产品带出显热

519789.6

6.97

2.棚板及支柱显热

27582.246

0.368

2.棚板及支柱显热

2179446.72

29.15

燃料化学热显3.热

7316290.67

97.85

3.烟气显热

2359652.211

31.56

助燃空气显热4.

46689.799

0.624

4.窑墙、窑顶散热

29308.82

0.3592

5.漏入空气显热

79600.98

1.06

5.物化反应耗热

2135197.585

28.56

6.其它热损失

373843.9

5

总计．

7476878.505

100.00

总计

7476878.505

100.00

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通过预热带和冷却带的热平衡计算可以看出，热收入的主要来源是燃料的化学显热，而热支出主要是由烟气带走大部分热量，另外窑车和棚板也带走了相当的热量。

八、冷却带热平衡

8.1热平衡计算及范围

热平衡计算基准为：

1h,0℃。

计算范围为：

冷却带。

8.2热平衡框图

QQ43↓↓

Q→→Q11

9Q→→Q1210

↓↓↓↓

QQQQ损131514其中Q—产品带入显热Q—棚板及支柱带入显热43Q—冷却带送入空气显热10Q—产品带出显热Q—棚板及支柱带出显热1211Q—抽送干燥用空气带走显热14Q—窑墙、窑顶散热Q—其它热损失损158.3热收入工程

Q产品带入显热①3此项热量即为预热、烧成带产品带出显热：

Q=3519789.6kJ/h3Q棚板及支柱带入显热②4此项热量即为预热、烧成带棚板、支柱带入显热：

Q=2179446.72kJ/h4Q③冷却带送入空气带入显热103c,=20t℃此温度下空气平均比热为℃=1.296kJ/maa

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Q=Vct=25.92VkJ/ha10aaa8.4热支出工程

①产品带出显热Q11出窑产品质量G=328.15kg/h,出窑产品温度t=80℃,此温度下产品平均比热1111c=0.896kJ/kg℃11则Q=Gct=328.15*0.896*80=23521.792kJ/h11111111②支柱带出显热Q12出窑棚板及支柱质量：

G=1137.72kg/h12出窑棚板及支柱温度：

t=80℃12在80℃是棚板及支柱比热为：

c=0.84+0.00026t=0.84+0.00026*80=0.858kJ/kg℃12则Q=Gct=1137.72*0.858*80=78093.10kJ/h12121212③抽送干燥用的空气带走显热Q14若热空气抽出量即为冷却空气鼓入量Va设抽送干燥器用的空气温度为200℃

3℃c=1.32kJ/Nm此温度下空气平均比热为14则Q=Vct=V*1.32*200=264VkJ/ha141414a14④窑墙、窑顶散热Q15-3*t高铝砖=0.662+0.08*10高铝砖导热系数λ>℃λ硅藻土砖=0.11W/（m硅藻土砖导热系数

>℃=W/（m硅酸铝耐火纤维束导热系数λ纤维0.2>

=0.052W/（m℃蛭石导热系数λ蛭石2）*1/6=22.95mA=<2冷却带长度为27.1m,窑顶散热面积π*1.04875*20.9两侧窑墙散热：

KJ/hW/m2热流散热温度范围℃1310-700407.026153.9

700-400219.927482

400-8091.661039.5

窑顶散热：

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温度范围℃窑顶面积m2热流W/m2散热KJ/h

1310-7007.439398.782966.73

700-40012.742123548.83

400-805.57688491

Q15=6153.9+7482+1039.5+2966.73+3548.83+491=21682.96KJ/h

⑤其他热损失Q16

取经验数据，占收入的5%

8.5热平衡方程

因为：

热收入=热支出

：

所以

++25.92Va=<++264Va+21682179446.7278093.1023521.7923519789.62.96）/0.95

3/h

解得Va=22102.8Nm3/h

22102.8Nm即冷却带用空气量：

8.6列冷却带热平衡表并分析讨论冷却带热平衡分析表表8-2

热收入

热支出

工程

KJ/h

%

工程

KJ/h

%

1.产品带入显热

3519789.6

56.12

1.产品带出显热

23521.792

0.375

2.棚板及支柱显热

2179446.72

34.75

2.棚板及支柱显热

78093.10

1.245

冷却送入空气3.显热

572904.57

9.13

3.抽送干燥