隧道窑课程设计说明书.docx
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隧道窑课程设计说明书
山东大学
窑炉设计说明书
题目：
设计一条年产卫生瓷5万大件的隧道窑
学号：
姓名：
学院：
材料科学与工程学院
班级：
指导教师：
、前言
随着经济不断发展，人民生活水平的不断提高，陶瓷工业在人民生产、生活中都占有重要的地位。
陶瓷的发展与窑炉的改革密切相关，一定结构特点的窑炉烧出一定品质的陶瓷。
因此正确选择烧成窑炉是获得性能良好制品的关键。
陶瓷窑炉可分为两种:
一种是间歇式窑炉,比如梭式窑;另一种是连续式窑炉,比如隧道窑。
隧道窑由于窑内温度场均匀，从而保证了产品质量，也为快烧提供了条件；而隧道窑中空、裸烧的方式使窑内传热速率与传热效率大，又保证了快烧的实现；而快烧又保证了产量，降低了能耗。
所以，隧道窑是当前陶瓷工业中优质、高产、低消耗的先进窑型，在我国已得到越来越广泛的应用。
烧成在陶瓷生产中是非常重要的一道工序。
烧成过程严重影响着产品的质量，与此同时，烧成也由窑炉的窑型决定。
在烧成过程中，温度控制是最重要的关键。
没有合理的烧成控制，产品质量和产量都会很低。
要想得到稳定的产品质量和提高产量，首先要有符合产品的烧成制度。
然后必须维持一定的窑内压力。
最后，必须要维持适当的气氛。
二、设计任务与原始资料
1课程设计题目
设计一条年产卫生陶瓷5万大件的隧道窑
2课程设计原始资料
1）、年产量：
5万大件/年；
2）、产品名称及规格：
洗手盆，800*500*300,质量20Kg/件;
3）、年工作日：
350天/年;
4）、成品率：
90%；
5）、燃料种类：
城市煤气，热值QD=15500KJ/Bm3;
6）、制品入窑水分：
2.0%；
7）、烧成曲线：
20~~970C,8h;
970
~~1280C,3h；
1280
C,保温1.5h；
1280
~~80C,12.5h；
最高烧成温度
1300C，烧成周期25h。
3课程设计要求
采用合理窑型,对窑体尺寸进行计算,确定窑炉工作系统,选择窑体材料并确定其厚度,对燃料燃烧、窑炉热平衡及排烟系统进行计算,确定燃料消耗量依据上述计算,绘出窑炉详细结构图。
三、烧成制度的确定
1、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~~970C,8h;预热带
970~~1280C,3h;烧成带
1300C,保温1.5h;保温阶段
1300~~80C,12.5h;冷却带
烧成周期:
25小时
2、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,有增加了产量,降低了燃料消耗,改善了工人的操作条件,并降低了窑的造价,是合理的。
四、窑体主要尺寸的确定
1、窑主要尺寸的确定。
为使装车方便,并使窑内温度均匀,快速烧成,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：
窑车长乂宽=1500X870mm平均每车装制品8件/车，干制品的平均质量为每件20Kg,则每车装载量为160Kg/车。
=50000X25+350+24+（0.9X8-1.5）
=31.00m
窑内容车数：
n=31.00/1.5=20.67辆取20辆
则窑车有效长度为：
20X1.5=30m
2、窑体各带长度的确定
预热带长Ly=（预热时间/总烧成时间）X总长=8/25X30=9.6m
烧成带长Ls=（烧成时间/总烧成时间）X总长=（3+1.5）/25X30=5.4m冷却带长Lv=（冷却时间/总烧成时间）X总长=12.5/25X30=15m设进车室2m出车室2m则窑总长为30十2十2=34m
窑内宽B根据窑车和制品的尺寸取800mm窑内侧墙高（窑车装载面至拱脚）根
据制品最大尺寸（并留有空隙）定为500mm拱心角a取60°,贝U拱高f=0.134B
=0.134X800=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300mr高之
通道（由40m厚耐火粘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20辆
推车时间：
25X60/20=75min/车
五、工作系统的确定
在预热带2—6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4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。
在1号、3号、5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5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7号一10号车位设4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，各烧最前压力基本相同。
冷却带在11—14号车位处，有4m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°C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12—14号车位有4m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15—18号车位设4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4：
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7—17号车位，每隔3mi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号车他处由排姻机排走。
烧成带前后，即6号、12号车位处，设两对事故处理口
六、窑体材料以及厚度的确定
根据上述原则，确定窑体的材料及厚度如表1—7。
材料及厚度确定后可进行
｛出莘或）
七、燃料燃烧计算
1、燃烧所需空气量
该窑用城市煤气，其热值QD=15500KJ/Bm3;
理论空气量：
V（a=0.26QD/1000-0.25=3.73;
实际空气量：
取空气过剩系数a=1.29
乜=0/>1.29X3,73=4.82Bm3/Bm3;
2、燃烧产生烟气量
理论烟气量：
Vo=0.272QD/1000+0.25=0.272*15500/1000+0.25=4.45Bm3/Bm3）实际烟气量
V=V+（al）Va=4.45+（1.29-1.00）*3.73=5.53（Bm3/Bmi）
3、实际燃烧温度
理论燃烧温度tth=（Qd+CfTf+VaCaTa）/VC
=（15500+1.55X20+4.82X1.3X20）/5.53X1.64
=1720oC
（1730-1720）/1720X100%=0.6%<5所%以合理
取咼温系数n=0.80
则实际温度为:
Tp=0.80*1720=1376oC
比烧成温度1280°C高90°C,认为合理
八、加热带热平衡计算
1、预热带及烧成带的热平衡计算
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0C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。
7.1.2热平衡示意图
JJJ
Q7
（1）制品带入显热Q用公式计算
每小时入窑干制品:
Gi=160Kg/车X0.80车/h=128（Kg/h）
入窑制品含2%自由水，每小时入窑的湿制品为:
G1'=128/（1-0.02）=130.6（Kg/h）
入窑制品的比热随各地原料成分及分配方的不同而变化，一般在
0.84~1.26KJ/kg°C范围。
现取平均比热c'=0.92KJ/kg.C
入窑制品温度t1'=20C
则Qi=Gi'・c・t；=130.6*0.92*20=2403（KJ/h）
（2）垫板及支柱带入显热Q2:
此窑制品不装匣体，亦不用棚板，为避免火焰冲击制品，窑车上有耐火粘土热垫板及支柱组成的火焰通道。
垫板与支柱窑吸热，根据器体积、密度可求得每车质量为i58.iKg。
G2=i58.i*0.8=i26（Kg/h）
C2=0.845（KJ/kg.C）
根据公式可得：
Q2=i26*0.845*20=2i29.4（Kg/h）
（3）燃料带入化学热及显热Qf:
3
QD=i5500KJ/Bm3;
入窑天然气温度，t=20C
查手册，此温度下的煤气平均比热为；
Cf=1.37kJ/Bm3°C
根据公式可得:
Qf=x（QD+tf•Cf）=x（15500+1.37*20）=15530x（Kg/h）
（4）空气带入显热Qa
全部助燃空气作为一次空气。
燃料所需空气量有1-10求得。
3Va=4.82xBm3/h
助燃空气温度ta=20C
查手册，在20C时空气的平均比热为；
Ca=1.30（kJ/kgC）
根据公式可得
Qa=Va*Ca*ta=4.82x*1.30*20=125xkJ/h
（5）从预热带不严密处漏漏入空气带入显热Qa'
取预热带烟气中的空气过剩系数a=2.5,由利1-10中已求出理论空气量
33
V=3.73Bm3/Bm3;
烧成带燃料燃烧时的空气过剩系数af=1.29
3
Va'=x（2.5-1.29）*3.73=4.52xBm3/h
查手册，Ca'=1.30kJ/kg「C根据公式可得；
Qa=va*ca*ta=4.52x*1.3*20=117xkJ/h
（6）气幕空气带入显热Qm；作气幕用的气体由冷却带时间接冷却出抽来，其带入之显热
由冷却带热平衡计算为；Qm=216000kJ/h
3、热支出项目:
（1）产品带出显热Q3
出产品带出质量G3=128Kg
出烧成带产品温度t3=1280C
查手册，得产品平均比热；C3=1.20kJ/kgC
根据公式可得：
Q3=128*1.20*1280=196608kJ/h
2）垫板支柱带走显热Q4
垫板、支柱质量：
G4=126kg/h
出烧成带垫板、支柱温度，t4=1280°
查手册，次时粘土垫板、支柱的平均比热为：
C4=1.178
kJ/kg.C
根据公式得：
Q4=G4*C4*t4=126*1.178*1280=189987kJ/h
（3）烟气带走显热Qg；烟气中包括燃烧生成的烟气，预热带不严密处漏入之空气外，
尚有用于气幕的空气。
用于气幕之空气体积由冷却带计算为；
Vm=1552Bm3/h
oo
离窑烟气体积；Vg=[Vg+（ag-1）Va]x+Vm离窑烟气温度
一般为200〜300C,现取tg=250C
3
查手册，此时烟气的平均比热为；Cg=1.44kJ/mc根据公式得：
oo
Qg={[Vg+（ag
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