设计一条年产卫生陶瓷10万大件的隧道窑.docx

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成都理工大学

隧道窑课程设计书

课程设计题目：

设计一条年产卫生陶瓷10万大件的隧道窑

学院：

材料与化学化工学院

专业：

材料科学与工程

姓名：

朱廷刚

学号：

20080204

指导老师：

叶巧明

刘菁

目录

前言 2

一原始资料的收集 3

二窑型选择 3

三窑体主要尺寸的计算 4

四工作系统的确定 8

五窑体材料及厚度的确定 10

六燃料燃烧的计算 12

七用经验数据决定燃料的消耗量 13

八预热带及烧成带的热平衡计算 13

九冷却带热平衡计算 19

十烧嘴的选用及燃烧室的计算 22

十一烟道和管道计算，阻力计算和风机选型 24

30

前言

窑炉的设计计算，其基本原则都是一样的。

掌握隧道窑设计计算的主要内容，方法及具有识固的能力，对其他窑炉的设计计算也就举一反三了。

隧道窑的设计计算包括三大部分：

1．窑体主要尺寸及结构的计算；设备的计算；3．通风设备及其他附届设施计算。

2．燃料燃烧及燃烧隧道窑的设计计算工作且相当繁重，所以在计算过程中往往采用简化的经验数据。

近年来采用电子计算机技术，对隧道窑设计进行了研究，使设计工作向前推进了一步。

例如，对窑墙传热，窑车不稳定传热，绕成带绕宪分布及各对烧嘴中照料的分配，预热带排拥口分布乃久对排姻口烟气量的分配等都可用电子计算机设计计算。

一原始资料的收集

1.年产量：

10万大件／年；

2.产品规格：

400×200×200mm，干制品平均质量

3.年工作日：

340天／年；

4.成品率：

90%；

5.燃料种类：

天然气，热值QD=36000KJ／Bm3;

6.制品如要水分：

2.0%；

7.烧成曲线：

20℃~970℃,9h;

970℃~1280℃,4h;

1280℃,保温1h;

1280℃~80℃,14h;

最高烧成温度1280℃，烧成周期28h.

二窑型选择

卫生瓷是大件产品，采用普通窑车隧道窑。

由于考虑到燃料为城市煤气，经过净化处理，不会污染制品。

若再从窑的结构上加以考虑，避免火焰直接冲剧制品，所以采用明焰露袭的形式（制品不袭匣钵），既能保证产品质量，又增加了产量，降低了燃科消耗，改善了工人操作条件，并降低了窑的造价，是合理的。

烧成制度：

20~~970℃，9h；预热带

970~~1280℃，4h；烧成带

1280℃，保温1h；保温阶段

1280~~80℃，14h；冷却带

烧成周期:

28小时

三窑体主要尺寸的计算

（一）隧道窑容积计算

道容积是根据生产任务、成品车、烷成时间及装窑密度四个因素决定的。

装窑密度是根据制品对焙烧过程的要求，制品的尺寸等找出最合理酌装车方法而计算出来的，也可以从生产实践中收集数据。

绕成时间是由绕成曲线决定的。

生产任务和成品率都是已知的。

隧道容积=（生产任务×烧成时间）÷（成品率×装窑密度）

=（100000×28）÷（90%×9÷1.5）

=518518.5m3

（二）窑长和窑车数计算

为使装车方便，并使窑内温度均匀，快违烧成，采用单层装车的办法，即窑车上只放一层制品。

根据几种装车方法确定：

窑车长L＝1500×870mm，平均每车装制品9件／车，干制品的平均质量为每件10kg，则每车装载量为90kg／车。

装车方式图

装窑密度：

9/1.5=6件/车

可直接求出窑长

窑长L＝（生产任务×烧成时间÷年工作日×24）÷（成品率×装窑密度）

=（100000×28÷340÷24）÷（90%×9÷1.5）

=63.5m

窑内容车数：

n=63.5÷1.5=42.4取43辆

则窑车有效长为：

43×1.5=64.5m

（三）隧道窑内高、内宽、长度及各带长度的计算

容车装载面至铁顶的高度。

隧道内高的确定，应考虑窑垂直断面温度分布的均匀性，制品规格，以及工人操作的方便。

窑越高气体分层题严重，窑内温度越不均匀，太矮则不能满足生产任务的要求。

目前一般内高在1—2m（快速埃成的隧道窑内高较低）。

内宽指窑内两侧场间的距离。

内宽的确定原则要考虑水平断面温度的均匀性，制品尺寸和装车方法。

太宽则火焰不易到达隧道中心，使窑两侧与中心温差大。

太窄不经济．，加宽比加高有利。

一股隧道内宽在1．一2m。

顶烧隧道窑的宽度则较此数大。

确定了隧道的内高、内宽。

就可算出隧道截面积，并确定隧道长度。

隧道长些，容易达到预定的烧成制度。

但隧道过长，则阻力加大，为克服窑内阻力，相应的鼓风、抽风压强也要大，使窑处于较大的正压和负压下经作。

若正压过大，热气体冒出窑外，操作条件恶劣，燃耗增加，且易挠损窑车。

负压大，则容易漏进冷空气，窑内上下温差大；降低了产品的产量和质量，也增加了燃料消耗。

一般隧道窑长度在70m左右，最长的约120m（快速烧成用的隧道窑甚短）。

所以应根据具体情况，从产量、质量、投资、生产费用等各方面去比较，确定。

但总的看来，隧道窑是向快速烧成，降低窑高，缩短窑长方向发展。

对一些大件产品，设计时也可根据合理的装车图，首先确定窑车的尺寸，根据每车制品的装载量直接求出窑的长度及各带长度，再根据窑车宽和制品的尺寸，确定窑的内宽和内高。

根据烧成曲线：

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=9/28×63=20.25m

烧成带长Ls=（烧成时间/总烧成时间）×总长=5/28×63=11.25m

冷却带长Lv=（冷却时间/总烧成时间）×总长=14/28×63=31.5m

设进车室2m，出车室2m，则窑总长为63十2十2＝67m。

窑内宽B根据窑车和制品的尺寸取1000mm。

窑内侧墙高（窑车挂9z面至拱脚）根据制品最大尺寸（并留有空隙）定为500mm。

拱心角口取60°，则拱高J＝0．136B＝0．134×800＝107mm

轨面至窑车衬砖面高660mm。

为避免火焰直接冲击制品，窑车上设300mm高之通道（由40mm厚耐火粕土板及耐火粘土砖柱组成）。

侧墙总高为（轨面至拱脚）H＝500十300十40十660＝1500mm

窑内容车数43辆

推车时间：

28×60/43=39min/车

小时推车数：

60/39=1.5车/h

四工作系统的确定

窑型及窑的主要尺寸确定后，应确定窑的工作系统，即燃烧系统和通风系统如何?

供油管路b燃烧室、排烟口、支烟道、主烟道、烟囱如何布置?

采用什么冷却方式，要否二次空气，如何抽余热，气幕、气氮幕如何布置?

风机如何安排，是否没检查坑道等。

工作系统的确定原则是要满足制品的烙烧要求，减少窑内温差，加速传热和充分利用余热，便于施工以及操作控制等。

而且还要考虑当地实际情况，就地取材，节约投资。

采取齿轮泵供油易控制，雾化效果好，但如条件限制，也可采取高位油槽供油。

又如隧道窑两侧主烟道在窑墙内平行引向窑头汇合进烟囱：

（不先在窑底汇合由一侧进烟囱），可以减少阻力，降低烟囱高度。

又在风机安排上，最好风机专用。

则每台风机容量小，功率小，而且便于控制各点的气氛和温度。

但有时受条件限制，也可一机数用，即几个供风系统共用一台风机。

在预热带2—10号车位设9对排烟口，每车位一对。

烟气通过各徘烟口到窑墙内的水平烟道，由5号车位的垂直烟道经窑顶金后管道至徘烟帆，然后由铁皮烟囱排至大气。

排烟机及铁皮烟囱皆设于预热带窑顶的平台上。

在1号、3号、6号车位有三运气幕。

其中1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧培皆开孔，气体喷出方向与窑内气流成90。

声。

3号和6号车位为扰动气幕，气体由窑顶喷出，方向与窑内气流成150。

角。

用作气幕的气体从冷却带的间接冷却部位抽出。

在烧成带14／15号一2l／22号车位设7对携烧室，不等距分布，两测相对排列。

助燃空气不预热，由助燃风机直接抽车间冷空气，并采用环形供风方式，使各烧嘴前压力基本相同。

冷却带在24—28号车位处，有7m长的间壁急冷段，由侧路上的小孔直接吸人车间冷空气，冷却气体流动方向与窑车前进方向相同（顺流）。

从换热观点，逆流冷却效率高，但砖砌体易漏风，逆流漏进的冷风和700℃左右的产品接触，易急冷至更低温度，达到SiO2：

晶形转化温度而使产品开裂。

所以要采用顺流。

该处窑顶自23—28号车位有8m长的二层拱间接冷却，冷空气亦由窑顶孔洞处自车间吸入。

由间壁、二层拱抽出来的热空气经窑顶上金属管道送往预热带作气幕。

这里只作为计算例题，实际上该段应采用直接风急冷或直接、间接相结合，将丙层拱抽来的热气再喷入窑内作急冷，可防止大件产品炸裂。

自30—38号车位设9对热风抽出口，每车位一对。

热空气经过窑墙内的水平热风通道，于：

3号车位处用金届管道由热风机拍送干燥。

窑后43号车位处，由冷却风机自窑顶和侧墙集中鼓入冷却空气。

车下自14—34号车位，每隔3m设一个冷却风进风口，由车下冷却风机分散鼓风冷却，并于5号车处由排姻机排走。

烧成带前后，即13号、24号车位处，设两对事故处理口，全窑无检查坑道。

五窑体材料及厚度的确定

根据上述原则，确定窑体的材料及厚度如下表：

查表：

①预热带温度为20℃~970℃，则：

厚度=0.230m（II等粘土砖）+0.235m（轻质粘土砖）+0.495m（红砖）

=0.960m

②烧成带温度为970℃~1280℃，则：

厚度=0.345m（I等粘土砖）+0.230m（II等粘土砖）+0.470m（轻质粘土砖）+0.345m（红砖）

=1.390m

③冷却带温度为1280℃~80℃，则：

1280~710厚度=0.04m（间隙通道壁厚）+0.150m（空隙）+0.04m（壁厚）+0.350m（轻质粘土砖）+0.380m（红砖）

=0.96m

710℃~80℃厚度=0.23m（轻质粘土砖）+0.500（红砖）

=0.73m

六燃料燃烧的计算

燃料的计算包括：

燃烧所需空气的计算，燃烧生成烟气量的计算及实际燃烧温度的计算。

1、燃烧所需空气量

该窑用天然气，其热值QD=36000KJ/Bm3;

理论空气量：

Voa=0.264Q*D/1000+0.02=9.524Bm3/Bm3;

实际空气量:

取空气过剩系数α=1.29

Va=αVoa=1.29×9.524=12.286Bm3/Bm3;

2、燃烧产生烟气量

理论烟气量：

Vo=0.26QD/1000+1.02=0.26*36000/1000+1.02=10.38Nm3/Nm3）

实际烟气量

V=Vo+（α-1）Voa=10.38+（1.29-1）*9.524=13.14（Nm3/Nm3）

3、燃烧温度

理论燃烧温度tth=（Qnet+CfTf+VaCaTa）/VC

=（36000+3.12×20+12.286*1.3×20）/13.14.4c

=1688.3oC

（1730-1688.3）/1688.3×100%=2.5<5%所以合理

取高温系数η=0.80

则实际温度为:

Tp=0.80*1688.3=1350.6oC

比烧成温度1280oC高70.6oC，合理。

七用经验数据决定燃料的消耗量

燃料消耗量的计算，可直接选用经验数据（表2）。

表中列出隧道窑焙烧各种陶瓷产品的单位热耗。