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隧道窑设计说明书
窑炉课程设计说明书
目录
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
十一、参考文献…………………………………………………………15
一、原始数据
1.1设计题目：
年产600万件10寸平盘隧道窑设计
1.2设计技术指标、参数：
坯料的化学组成（%）：
SiO2
Al2O3
CaO
MgO2
Fe2O3
K2O
Na2O
IL
70.10
19.65
0.25
0.45
1.05
1.0
1.75
5.72
产品的规格：
平盘直径=238mm高度=40mm
单重：
0.35Kg每件坯体线收缩率10%
入窑水分：
1.8%
产品合格率：
94%
工作日：
350天
夏季最高气温：
38oC
烧成制度：
周期19小时
最高烧成温度：
1310oC
气氛制度：
还原气氛
燃料：
液化气Qnet=110MJ/Nm3
H2
CH4
C2H6
C2H4
C3H8
C3H6
C4H10
C4H8
C5H12
C5H10
5
10
3
3
20
7
42
5
3
2
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℃——1310℃1.5小时烧成带弱还原气氛
1310℃保温1小时烧成带弱还原气氛
1310℃——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
1.4窑型的选择
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）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
取拱心角ａ=600，则窑车装载平面至拱脚高：
为1120mm
2）拱高f的计算：
拱顶拱心角:
a=60o
f=0.134*1200=160.8mm
R=1048.57mm
侧墙的总高度（轨面至拱脚）：
h=950+1120=2070mm
则由窑车的台面到拱顶的高度为:
h=1116+160.8=1280.8mm
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/米
窑长=（生产任务*烧成时间/年工作日）/成品率*装窑密度
=（5500000*19/350*24）/0.94*261.818
=50.55m
窑内容车数：
n=L/1.65=31辆
窑车的有效长度为：
n*1.65=51.2m
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*51.2=17.5m
烧成带长Ls=（烧成时间/总烧成时间）*总长=4.5/19*51.2=12.1m
冷却带长Lv=（冷却时间/总烧成时间）*总长=8/19*51.2=21.6m
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=51.2+0.3+2+2=55.5m
推车时间：
19*60/31=36.77（分/车）
每小时推车数：
60/36.77=1.631（车/小时）
三、工作系统的确定
3.1排烟系统
在预热带2到10设置9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。
11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。
3.2燃烧系统
在烧成带12号到18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5.39米长的急冷带，在19号车位设置急冷气幕，从窑顶和侧墙喷入冷空气。
并且在20号和21号车位设置风机从窑顶和侧墙喷入冷空气。
缓冷带长11.75m，从23号到29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31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10号到23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毫米，高1250毫米，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、29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，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（oC）
窑墙材料及厚度（mm）
窑顶材料及厚度（mm）
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
20oC-950oC
230
230
230
50
100
950oC-1310oC
230
460
230
50
100
1310oC-80oC
230
230
230
50
100
出车室
80
80
五、燃烧系统计算
理论空气量：
Voa=（0.5*5+2*10+3.5*3+3*3+5*20+4.5*7+6.5*42+5*6+3*8+2*7.5）/21=24.55（Nm3/Nm3）
理论烟气量：
Vo=（5+10*3+3*5+3*4+20*7+7*6+42*9+5*8+3*11+2*10）/100+0.79*24.55=26.55（Nm3/Nm3）
还原气氛a取0.95
实际空气量：
Va=a*Voa=0.95*24.55=23.32（Nm3/Nm3）
实际烟气量：
V=0.79（a-1）Voa+Vo=0.79（0.95-1）24.55+26.55=25.58（Nm3/Nm3）
理论燃烧温度tm=（Qd+CfTf+VaCaTa）/VgCg
Ta=Tf=20oCCa=1.30KJ/m3oCCf=1.76KJ/m3oC
设t=2400oCCg=1.72KJ/m3oC
t=（110000+23.32*1.3*20+1.55*20）/25.58*1.72=2514.5oC
相对误差（2514.5oC-2400oC）/2514.5oC*100%=4.55%<5%假设合理
取高温系数η=0.80
则实际温度为:
Tp=0.80*2514.5oC=2011.6oC
比需求温度1310oC高701.6oC
比烧成温度高,所以合理.
六、物料平衡计算
1）每小时烧成制品质量Gm
Gm=0.35*432*1.631=246.60Kg/h
2）每小时烧成干坯质量Ggp
Ggp=Gm*100/（100-IL）=246.60*100/（100-5.72）=261.57Kg/h
3）每小时入窑的湿制品质量Gsp
Gsp=Ggp*100/（100-W）=261.57/（1-0.018）=266.36Kg/h
4）每小时蒸发自由水的质量G2s
G2s=Gsp-Ggp=266.36-261.57=4.79Kg/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）*1.631*2100=1137.72Kg/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。
7.2热平衡框图
QfQaQa`
↓↓↓
Q2→→Qg
Q1→→Q8
↓↓↓↓↓
Q3Q4Q5Q6Q7
其中Q1---制品带入的显热Q2---棚板及支柱带入的显热
Qf---燃料带入化学热及显热Qa---助燃空气带入显热
Qa’---漏入空气带入显热Q3---产品带出显热
Q4---棚板及支柱带出显热Q5---窑墙、窑顶散失之热
Q6---窑车积散之热Q7---物化反应耗热
Q8---其他热损失Qg---废气带走显热
1、热收入项目
1.制品带入显热Q1
入窑制品的含1.8%自由水,
Gsp=Ggp*100/（100-W）=261.57/（1-0.018）=266.36Kg/h
入窑制品温度t’=20℃
入窑制品比热取为:
C1=0.95KJ/kgoC
Q1=G1*C1*t’=266.36*0.95*20=5060.84KJ/h
2.棚板及支柱带入的显热Q2
C=0.963KJ/Kg℃
Q2=Gb*C*t=1137.72*20*0.963=21912.48KJ/h
3.燃料带入化学Qf
已知Qn=110000KJ/Nm3入窑温度t=20℃
查表得，C=1.99KJ/kg℃设每小时燃气X千克
Qf=x（110000+1.99*20）=110039.8xKg/h
4.助燃空气带入Qa
燃料所要空气量Va=23.32m3/m3
空气温度t=20℃,可得：
C=1.3KJ/Nm3℃
Qa=Va*C*t=23.32x*1.30*20=606.32xKJ/h
5.漏入空气Qb
预热带取空气系数a=1.10
理论空气量Voa=24.55Nm3/Nm3
烧成带取空气系数a=0.95
Va=x*（ag-af）Vo=x*（2.5-0.95）*24.55=38.05xNm3/Nm3
Qb=Va*C*t=38.05x*1.30*20=989.365xKJ/h
2、热支出项目
①制品带出显热Q3
出烧成带产品质量G3=246.6072kg/h（不考虑灼减）
出烧成带产品温度t3=1310℃
查得产品的平均比热C3=1.20KJ/kg℃
Q3=Gm*C*t=246.6072*1310*1.20=387666.51KJ/h
②棚板及支柱带走显热Q4
棚板及支柱质量G4=1137.72kg/h
出烧成带温度t4=1310℃
C4=0.96+0.000146t*1310=1.151KJ/Kg℃
Q4=G4*C4*1310=1715465.59KJ/h
③烟气带走显热Qg
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
离窑烟气体积Vg=[Vog+（ag-1）Voa]x+Vm
离窑烟气温度一般为200-300℃，
先取tg=250℃Cg=1.44KJ/Kg℃
Qg=Vg*Cg*tg={[Vog+（ag-1）Voa]x+Vm}*Cg*tg
={[26.55+（2.5-1）24.55]x+1500}*1.44*250
=22815x+540000KJ/h
④通过窑墙、窑顶散失之热Q5
铝砖导热系数λ高铝砖=0.662+0.08*10-3*t
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=0.2W/（m℃）
蛭石导热系数λ蛭石=0.052W/（m℃）
预热带、烧成带长度之和17+11.7=28.7m,
单侧窑墙散热：
温度范围℃热流W/m2散热KJ/h
20-50099.171154.93
500-900291.082118.77
900-1200234.971368.32
1200-1310275.111201.54
1310287.43836.89
两侧窑墙散热：
（1154.93+2118.77+1368.32+1201.54+836.89）*2=13360.72KJ/h
窑顶散热面面积：
A顶=2∏*1.04857*1/6*28.7=31.514m2
窑顶散热：
温度范围℃窑顶面积m2热流W/m2散热KJ/h
20-50011.4695.771097.42
500-9007.16281.772018.03
900-12005.72425.062435.16
1200-13104.29498.182140.67
13102.86520.581490.94
∴Q顶=1097.42+2018.03+2435.16+2140.67+1490.94=9182.22KJ/h
Q5=13360.72+9182.22=22542.94KJ/h
5.物化反应耗热Q6
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19.65%
物化反应：
Q7=Qw+Qr=Ggp*2100*Al2O3%+Gw*（2490+1.93tg）
=2135197.585KJ/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
5060.84+21912.48+110039.8x+606.32x+989.365x=（387666.5184+1715465.5932+22815x+540000+22542.94+2135197.585）/0.95
得出：
x=57.368
即每小时需要液化气57.368Nm3。
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
项目
KJ/h
%
项目
KJ/h
%
1.坯体带入显热
5060.84
0.078
1.产品带出显热
387666.51
6.027
2.棚板及支柱显热
21912.48
0.340
2.棚板及支柱显热
1715465.59
26.673
3.燃料化学热显热
6312776.047
98.157
3.烟气显热
1848850.92
28.747
4.助燃空气显热
34783.36
1.163
4.窑墙、窑顶散热
22542.94
0.351
5.漏入空气显热
56757.89
0.882
5.物化反应耗热
2135197.585
33.2
6.其它热损失
321564.53
5.
总计
6431290.618
100.00
总计
6431290.618
100.00
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
Q3Q4
↓↓
Q9→→Q11
Q10→→Q12
↓↓↓↓
Q13Q14Q15Q损
其中Q3—产品带入显热Q4—棚板及支柱带入显热
Q10—冷却带送入空气显热
Q11—产品带出显热Q12—棚板及支柱带出显热
Q14—抽送干燥用空气带走显热
Q15—窑墙、窑顶散热Q损—其它热损失
8.3热收入项目
①产品带入显热Q3
此项热量即为预热、烧成带产品带出显热：
Q3=387666.51kJ/h
②棚板及支柱带入显热Q4
此项热量即为预热、烧成带棚板、支柱带入显热：
Q4=1715465.59kJ/h
冷却带送入空气带入显热Q10
ta=20℃,此温度下空气平均比热为ca=1.296kJ/m3℃
Q10=Vacata=25.92VakJ/h
8.4热支出项目
产品带出显热Q11
出窑产品质量G11=246.6072kg/h,出窑产品温度t11=80℃,此温度下产品平均比热c11=0.896kJ/kg℃
则Q11=G11c11t11=246.6072*0.896*80=17676.80kJ/h
支柱带出显热Q12
出窑棚板及支柱质量：
G12=1137.72kg/h
出窑棚板及支柱温度：
t12=80℃
在80℃是棚板及支柱比热为：
c12=0.84+0.00026t=0.84+0.00026*80=0.858kJ/kg℃
则Q12=G12c12t12=1137.72*0.858*80=78093.10kJ/h
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℃
此温度下空气平均比热为c14=1.32kJ/Nm3℃
则Q14=V14c14t14=Va*1.32*200=264VakJ/h
窑墙、窑顶散热Q15
高铝砖导热系数λ高铝砖=0.662+0.08*10-3*t
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=0.2W/（m℃）
蛭石导热系数λ蛭石=0.052W/（m℃）
冷却带长度为20.9m,窑顶散热面积A=（2π*1.04875*20.9）*1/6=22.95m2
两侧窑墙散热：
温度范围℃热流W/m2散热KJ/h
1310-700407.024746.75
700-400219.925770.26
400-8091.66801.65
窑顶散热：
温度范围℃窑顶面积m2热流W/m2散热KJ/h
1310-7005.7375398.782288.00
700-40012.912122736.92
400-804.3088378.675
Q15=4746.75+5770.26+801.65+2288.00+2736.92+378.675=16722.26KJ/h
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：
387666.51+1715465.59+25.92Va=（17676.80+78093.10+264Va+16722.26）/0.95
解得Va=8273.68Nm3/h
即冷却带用空气量：
8273.68Nm3/h
8.6列冷却带热平衡表并分析讨论
表8-2冷却带热平衡分析表
热收入
热支出
项目
KJ/h
%
项目
KJ/h
%
1.产品带入显热
387666.51
16.86
1.产品带出显热
17676.80
0.77
2.棚板及支柱显热
1715465.59
74.61
2.棚板及支柱显热
78093.10
3.40
3.冷却送入空气显热
214453.78
9.32
3.抽送干燥用空气显热
2184251.52
95.00
4.窑墙、窑顶散热
16722.26
0.73
5.其它热损失
114958.61
5.00
总计
2299172.19
100.00
总计
2299172.19
100.00
从冷却带的热平衡计算可以看出，热收入主要是由棚板和窑车带入的，而热支出主要是由窑墙和窑顶向外散失热量。
另外，窑车也带走和向下散失了相当一部分热量。
九、烧嘴的选择
由于全窑共有19个烧嘴,且每小时燃料的消耗量为6312776.047KJ/h,考虑每个烧嘴的燃烧能力和烧嘴燃烧的稳定性取安全系数1.5。
所以每个烧嘴的燃烧能力为：
6312776.047*1.5/19=498377.06KJ/h
十、后记
通过这次的窑炉设计实习，使我对热工的知识又有了进一步的认识，而且对于我们这个专业学好热工对以后工作有很大的帮助，可以解决日常生产中出现的问题。
在老师的悉心指导和同学的帮助下，我按时完成了设计任务，我觉得设计实习关键是自己动手，积极去查资料，这样可以学到以前从来都不知道的知识。
因此我很感谢学校安排的这个课程，但由于自己对热工知识的的掌握有限，我知道我的作业还存在很多的错误，所以希望个位老师和同学多多指点和批评，使这个设计更符合实际生产的需要，重要是让我以后在工作岗位上不会犯同样的错误。
最后感谢我的指导老师陈功备老师对本实际的严格把关和耐心指导。
十一、参考文献
（1）《陶瓷工业热工设备》刘振群武汉理工大学出版社
（2）《硅酸盐硅业热工基础》孙晋涛武汉工业大学出版社
（3）《建陶工业辊道窑》胡国林中国轻工业出版社
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