年产500万件8寸汤盘隧道窑炉设计Word格式文档下载.docx

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坯体线收缩率10%

4、入窑水分：

2.1%

5、产品合格率：

94%

6、烧成周期：

19小时；

7、气氛制度：

氧化气氛

8、最高烧成温度:

1320℃

9、窑具：

SiC棚板、SiC支柱，尺寸自定

10、燃料：

0﹟柴油Qnet=41.8MJ/Nm3

11、年工作日：

330天

设计要求

1、独立思考完成；

2、设计计算准确，窑体结构及工作系统安排合理；

3、说明书完整详细，按学校规定的格式统一用A4纸张打印；

4、图纸整洁清晰，制图规范，视图关系正确，尺寸齐全，图纸上墨；

5、设计图纸包括窑炉主体结构图、断面图和异形砖图。

设计进度安排:

课程设计时间为两周，2012.06.04-2012.06.17

3烧成制度的确定

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，制订温度制度如下：

（烧成周期=19小时）

表2-1温度制度

温度（0C）

时间（h）

烧成阶段

20---400

3.2

预热带

400---950

3.35

950---1320

4.55

烧成带

1320---1320

1.6

烧成带（高火保温）

1320---700

2.2

冷却带（急冷带）

700---400

3.0

冷却带（缓冷带）

400---80

1.1

冷却带（快冷带）

总时间

19

4窑体主要尺寸的计算

4.1窑内宽的确定

产品直径为206mm，高为40mm，单重0.35公斤/件；

考虑坯体线收缩率为10%，则:

坯体尺寸=产品尺寸/（1-线收缩率）

206/（1-10%）=228.89mm，40/（1-10%）=44.44mm

因此坯体规格：

228.89mm*44.44mm

装车方法的确定：

沿车的长度方向装4行棚板，每个棚板的间距为30mm，棚板与车边间距为30mm。

沿车的宽度方向装3行棚板，每个棚板的间距为30mm，棚板与车边间距为30mm。

棚板采用的规格为：

480*480*10密度：

2100kg/m3支柱：

40*40*50mm；

故窑车车面尺寸Le（长）=480*4+30*3+30*2=2070mm，取2110mm（其中预留20mm的石棉绳软连接，起到密封效果，减少窑通道与窑车下通道气体对流）。

Be（宽）=480*3+30*2+30*2=1560mm

车曲封与窑墙曲封间距20mm

为了方便预热带和冷却带均取一样的内宽：

B=1560+2*20=1600mm;

为了改善传热，在烧成带窑宽增加100mm，B’=1700mm。

4.2窑内高尺寸的确定：

坯体在窑车内分8层放置，为避免烧嘴火焰直接冲击制品，制品装载顶面离窑顶内表面应留设火道350mm，

G=350+8*10+8*50=830

根据窑内高是标砖的整数倍，830/67=12.39，取13块，所以车台面距窑顶高度G有效=13*67=871mm。

轨面到窑车衬砖面的高度为470mm；

所以窑内高G=871+470=1341mm

4.3窑体有效长度的确定

每块棚板制品装4件,则：

装车密度Ge=3*4*4*8=384件/车

装窑密度=384/2.11=182件/米

窑长L=（生产任务*烧成时间/年工作日）/（成品率*装窑密度）=（5000000*19/330*24）/（0.94*182）=70.11m

窑内容车数:

n=L/2.11=33.23辆；

取33辆

则窑总长为33*2.11=69.63m

推车时间：

19*60/33=33.55（分/车）

每小时推车数;

60/33.55=1.79车/小时）

4.4窑体各带长度的确定

窑长为70m，分为33个标准节，每节长2110mm

预热带长Ly=（预热时间/总烧成时间）*总长=6.55/19*70=24.13m

取11节，所以确定预热带长=11*2.11=23.21m

烧成带长Ls=（烧成时间/总烧成时间）*总长=6.15/19*70=22.66m

取11节，所以确定烧成带长=11*2.11=23.21m

冷却带长Lv=（冷却时间/总烧成时间）*总长=6.3/19*70=23.21m

取11节，所以确定冷却带长=11*2.11=23.21m

5工作系统的确定

5.1预热带工作系统布置

预热带共11节，其中1~5节为排烟段，第一节前半节两侧墙及窑顶设置一道封闭气幕，气慕风由冷却带抽来的热空气提供。

后半节上部和下部各设1对排烟口，目的是使窑头气流压力自平衡，以减少窑外冷空气进入窑体。

第二节到第五节每节在窑车台面棚板通道处各设2对排烟口，位置正对。

为方便调节预热带温度，尽量减少上下温差，在第6~11节上部设置喷风管，对窑内气流进行搅动，促进上下温度场的均匀，而且加快了窑内的对流传热。

烧成带前端950℃到1050℃设置一道气氛气幕。

从冷却带抽热风由窑侧墙和窑顶成90°

垂直喷入。

5.2烧成带工作系统布置

第12节到22节为烧成带，在烧成带12号到22号车位设11对烧嘴相错分布，每车位一对，每间隔1.86m设置一对，采用高速调温烧嘴。

助燃空气采用环形供风方式，使各烧嘴前压力基本相同。

5.3冷却带工作系统布置

第23~25节为急冷段。

该段采用喷入急冷风直接冷却方式，除急冷首节只在后半节设冷风喷管（尺寸

67）（上设5个，下设5个）外，其余每节上部设9个冷风喷管，下部设9个冷风喷管，上下喷管交错设置。

第26~30节为缓冷段。

本设计中采用直接热风冷却的方法，为了能使急冷段和快冷段来的热风对制品进行充分缓冷，设计中26节不设抽热风口。

其余4节各设1对相错的抽热风口，共3对。

第31~33节为快冷段。

快冷带不砌耐火材料，而是采用直接冷却，窑尾安装轴流风机，集中鼓入冷却空气对制品直接冷却。

5.4窑体的附属结构

5.4.1事故处理孔

由于此窑较短，只在急冷段留设一个事故处理门，正常使用时，砌筑耐火材料。

5.4.2测温孔及观察孔

测温孔在高温区布密些，在低温区疏些，测温孔间距为4m，是为了观察烧嘴燃烧状况。

5.4.3膨胀缝

当隧道窑受热时，材料将会受热膨胀而产生相当大的应力。

为减小应力，避免窑体开裂、挤坏，必须留设膨胀缝。

膨胀缝的宽度为20mm，内填陶瓷棉。

5.4.4特殊结构

在烧成带与冷却带之间设置突缩吊顶结构，有效分割烧成带与急冷段烟气对流。

一般都设在温度拐点处，有利于温度和压力的调节。

6窑体材料及厚度的选择

窑体材料及厚度的确定原则：

一是要考虑该处窑内温度对窑体的要求，即所

选用的材料长期使用温度必须大于其所处位置的最高温度；

二是尽可能使窑体散热损失要小；

三是要考虑到砖型及外形整齐。

根据上述原则，确定窑体的材料

及厚度如下：

表6—1窑体材料及其厚度

位置

厚度（mm）

材料结构（mm）

预热段

窑顶

330

230轻质高铝砖+100硅酸铝耐火纤维毯

窑墙

560

230轻质高铝砖+230轻质粘土砖+100硅酸铝纤维毯

烧成段

480

300JM26轻质莫来石+20含锆纤维毯+60高铝纤维毯+100硅酸铝纤维毯

675

230JM26轻质莫来石+230JM23轻质莫来石+115轻质高铝砖+100高铝纤维毯

急冷段

400

300JM26轻质高铝砖+100硅酸铝纤维毯

缓冷段

230轻质高铝砖+100硅酸铝纤维毯

快冷段

安装轴流风机快速冷却系统

7燃料燃烧计算

7.1理论空气量：

Vº

a=0.2Qd/1000+2=0.2*41800/1000+2=10.36（Nm³

/kg）

理论烟气量：

Vº

g=0.27Qd/1000=0.27*41800/1000=11.286（Nm³

该燃料为液体燃料，a=1.1—1.2

取空气过剩系数a=1.16

实际空气量：

Va=a*Vº

a=1.16*10.36=12.02（Nm³

实际烟气量：

Vg=（a-1）Vº

a+Vº

g=12.94（Nm³

7.2理论温度计算

t=（Qd+CfTf+VaCaTa）/VC

Ta=Tf=20℃，Ca=1.30KJ/Bm³

℃，Cf=1.99KJ/Kg℃

现设t=1900℃，在1900℃时的烟气比热为：

C1900=1.66KJ/Bm³

℃

t=（41800+1.99*20+12.02*1.3*20）/（12.94*1.66）=1962℃

|1900-1962|/1962*100%=3.16%<

5%

取高温系数为0.8，则实际温度为：

Tp=0.8*1962=1569.6℃，比烧成温度高，所以合理。

8物料平衡计算

每小时烧成制品质量：

Gm=384*0.35*（33/19）=233.43Kg/h

每小时烧成干坯质量（烧成灼减为5.72）：

Ggp=Gm*100/（100-IL）=233.43*100/（100-5.72）=247.59Kg/h

每小时入窑的湿制品质量（含2.1%）：

Gsp=Ggp*100/（100-w）=247.59*100/（100-2.1）=252.90Kg/h

每小时蒸发自由水的质量G2s=Gsp-Ggp=252.90-247.59=5.31Kg/h

棚板及支柱的质量：

棚板的密度：

p=2100Kg/m³

G2=（0.48*0.48*0.01*12*8*2100+0.04*0.04*0.05*12*8*4*2100）*1.43=756.47Kg/h

九、预热带及烧成带热平衡计算

9.1热平衡计算基准及范围

热平衡计算以1h作为时间基准，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。

9.2热平衡框图

图9-1-2预热带和烧成带的热平衡示意图

其中：

Q1—制品带入的显热；

Q2—硼板、支柱等窑具带入显热；

Q3—产品带出显热；

Q4—硼板、支柱等窑具带出显热；

Q5—窑墙、窑顶散失之热；

Q6—窑车蓄热和散失热量；

Q7—物化反应耗热；

Q8—其他热损失；

—燃料带入化学热及显热；

Qg—烟气带走显热；

—助燃空气带入显热；

—预热带漏入空气带入显热；

—气幕、搅拌风带入显热；

9.3热收入项目

1.热收入项目

（1）制品带入显热Q1

入窑制品含2.1%自由水，G1=Gsp=252.90Kg/h

入窑制品温度t1=20℃

入窑制品的平均比热C1=0.95KJ/kg℃

Q1=G1*C1*t1=252.90*0.95*20=4805.1KJ/h

（2）棚板及支柱带入的显热Q2

C2=0.963KJ/kg℃

Q2=G2*C2*t2=756.47*0.963*20=14569.6122KJ/h

（3）燃料带入化学热及显热Qf

已知Qd=41800KJ/kg,入窑温度Tf=20℃

查表得，Cf=1.99KJ/kg℃，设每小时消耗的燃料量X千克

Qf=X（41800+1.99*20）=41839.8XKJ/h

（4）助燃空气带入显热Qa

燃料所需空气量Va=12.02m3/h

空气温度ta=20℃，可得Ca=1.33KJ/Nm³

Qa=Va*X*Ca*ta=12.02x*1.33*20=319.732XKg/h

（5）漏入空气Qa’

理论空气量Vº

a=10.36Nm³

/Nm³

预热带取空气系数a=1.2

烧成带取空气系数a=0.95

Va=x*（ag-af）Vº

a=x*（1.2-0.95）*10.36=2.59x

Qa’=Va*Ca*ta=2.59x*1.3*20=67.3xKg/h

8.1.2热支出项目

1.制品带出显热Q3

出烧成带产品质量G3=Gm=233.43Kg/h

出烧成带产品温度t3=1320℃

查得产品的平均比热C3=1.20KJ/kg℃

Q3=Gm*C3*t=233.43*1.20*1320=302528.16KJ/h

2.棚板及支柱带走显热Q4

棚板及支柱质量G4=702.27Kg/h

出烧成带温度t4=1320℃

C4=0.96+0.000146*1320=1.1527KJ/Kg℃

Q4=G4*t4*C4=756.47*1320*1.1527=1151017.5191KJ/h

8.1.3窑墙、窑顶散失热量

8.1.3.120-950℃段

此段长度为20m，窑外壁表面平均温度tw=35℃，窑内壁表面平均温度t1=（20+950）/2=485℃，环境温度ta=20℃，

8.1.3.2窑墙部分散热计算

轻质高铝砖，厚度为δ=230mm，导热系数0.66+0.00008t=0.7

轻质粘土砖，厚度为δ=230mm，导热系数0.407+0.00035t=0.58

硅酸铝耐火纤维毯，厚度为δ=100mm，导热系数0.082+0.0000003t²

=0.15

窑体外表面综合放热系数：

α=5.67*10^（-8）*0.8*[（tw+273）^4-（ta+273）^4]/（tw-ta）+A（tw-ta

）^0.25=9.96W/（m²

·

℃）

热流q1=（t1-ta）/（δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3+1/α）=312（W/m²

）

窑内高按871mm计算，单侧窑墙散热面积：

A1=0.871*20=17.42㎡

则两侧窑墙散热量：

Q1’=2*q1*A1*3.6=39132.29（KJ/h）

8.1.3.3窑顶部分散热计算

此部分用材料如下：

轻质高铝砖,厚度为δ=230mm，导热系数0.66+0.00008t=0.7

）^0.25=11.34W/（m²

热流q2=（t1-ta）/（δ1/λ1+δ2/λ2+1/α）=429（W/m²

此部分窑内宽1550mm，此部分窑墙厚度δ=560mm

窑顶散热面积：

A2=[（1.55+0.56*2）+1.55]/2*20=42.2㎡

窑顶散热量：

Q2’=288*42.2*3.6=43752.96（KJ/h）

所以20-950℃的窑体散热总量为：

Q3’=Q1’+Q2’=39132.29+43752.96=82885.25（KJ/h）

8.1.3.4950-1320℃段

此段长度为14m，窑外壁表面平均温度tw=60℃，窑内壁表面平均温度t1=（1320+950）/2=1135℃,环境温度ta=20℃

8.1.3.5窑墙部分散热计算

JM26轻质莫来石，厚度为δ=230mm，导热系数0.20+0.000125t=0.34

JM23轻质莫来石，厚度为δ=230mm，导热系数0.10+0.000117t=0.23

轻质粘土砖，厚度为δ=115mm，导热系数0.407+0.00035t=0.80

高铝纤维毯，厚度为δ=100mm，导热系数0.082+0.0000003t²

=0.47

）^0.25=12.02W/（m²

热流q4=（t1-ta）/（δ1/λ1+δ2/λ2+δ3/λ3+δ4/λ4+1/α）=526.89（W/m²

A4=0.871*14=12.19㎡

Q4’=2*526.89*12.19*3.6=46244.08（KJ/h）

8.1.3.6窑顶部分散热计算

JM26轻质莫来石，厚度为δ=300mm，导热系数0.20+0.000125t=0.34

含锆纤维毯，厚度为δ=20mm，，导热系数0.082+0.0000003t²

高铝纤维毯，厚度为δ=60mm，，导热系数0.082+0.0000003t²

硅酸铝纤维毯，厚度为δ=100mm，，导热系数0.082+0.0000003t²

）^0.25=13.78W/（m²

热流q5=（t1-ta）/（δ1/λ1+δ2/λ2+1/α）=833.40（W/m²

此部分窑内宽1650mm，此部分窑墙厚度δ=675mm

A5=（1.65+0.675）*14=32.55㎡

Q5’=32.55*833.4*3.6=97657.81（KJ/h）

所以950-1320℃的窑体散热总量为：

Q6’=Q4’+Q5’=46244.08+97657.81=143901.89（KJ/h）

综上所述，预热带和烧成带窑体散失热量总和为：

Q5=Q3’+Q6’=82885.25+143901.89=226787.14（KJ/h）

8.2.1窑车蓄热和散失热量Q6

一般取经验数据，此项热支出占热收入的20%-25%，本次计算取22%

8.2.2物化反应耗热Q7（不考虑制品所含结构水）

8.2.2.1自由水蒸发吸热Qw

入窑制品所含自由水的质量流量Gw=4.34Kg/h

烟气离窑时的平均温度tg=230℃

Qw=Gw（2490+1.93tg）=12649（KJ/h）

8.2.2.2其余物化反应吸热Qr

由于陶瓷烧成反应极为复杂，通常可用Al2O3反应热近似地代替，即Qr=Gr*2100*Al2O3%=202.58*2100*0.1634=69513（KJ/h）

则物化反应总耗热为：

Q7=Qw+Qr=12649+69513=82162（KJ/h）

8.2.3离窑废气带走显热Qg

离窑烟气体积Vg=[Vº

g+（a-1）Vº

a]xNm3/h=12.84XNm3/h

离窑烟气温度取tg=220℃，此时烟气的平均比热为Cg=1.41KJ/m³

℃所以，Qg=Vg*tg*Cg=3982.97XKJ/h

8.2.4其他热损失Q8

一般取经验数据，一般占总热收入的5%-10%，本次计算取5%

8.2.5列出热平衡方程式

由热平衡方程—热收入=热支出，得出：

Q1+Q2+Qf+Qa+Qa’=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q8

3931.48+13525.72+41839.8X+316.91X+67.3X=302528.16+1068548.75+3982.97x+226787.14+22%Q收+82162+5%Q收

得X=62.07Kg/h

预热带、烧成带热平衡分析表

热收入

热支出

项目

KJ/h

%

坯体带入显热

3931.48

0.149

产品带出显热

302528.16

11.566

棚板及支柱显热

13525.72

0.513

14569.6122

41.0

燃料化学热显热

2596996.4

98.434

烟气显热

247222.95

9.47

助燃空气显热

19670.604

0.746

窑墙、窑顶散热

226787.14

8.695

漏入空气显热

4177.311

0.158

窑车积散热

579497.4

21.964

物化反应耗热

82162

3.214

其他热损失

131703.95

5.091

总计

2638301.5

100.00

2638450.3

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，而热支出主要是由棚板及支柱带走大部分热量，另外窑车也带走了相当的热量。

十.冷却带的热平衡计算

10.1确定热平衡计算的基准、范围

先确定计算基准：

以0℃作为基准温度，1h为质量与热量的时间基准，画出热平衡示意图如下：

10.2热平衡示意图

图10-2冷却带的热平衡示意图

其中：

Q3—制品带入显热；

Q4—硼板、支柱等窑具带入显热；

Q9—窑车带入显热；

Q10—急冷风带入显热与冷却带末端送入冷却风带入显热；

Q11—制品带出显热；

Q12—硼板、支柱等窑具带出显热；

Q13—窑车蓄热、带出及散失之热；

Q14—窑墙、顶总散热；

Q15—抽走余热风带走热量；

Q16—其他热损失；

10.3热收入项目

①制品带入显热Q3

此项热量即为预热带、烧成带产品带出显热：

Q3=118387.32（kJ/h）

②硼板、支柱等窑具带入显热Q4

此项热量即为预热带和烧成带硼板、支柱带出显热：

Q4=1804348.26（kJ/h）

③窑车带入显热Q9

此项热量可取预热带、烧成带窑车总积散热的95%，（其余5%已在预热带

和烧成带向车下散失）：

Q9=0.95×

Q6=0.95×

10%Q收=0.95×

0.1×

2821894.12=268079.94（kJ/h）

④急冷风与窑尾风带入显热Q10

设窑尾风风量为Vx，一般急冷风量为窑尾风量的0.25-0.5，本设计取急冷

风是窑尾风的0.5，则急冷风与窑尾风