窑炉设计 隧道窑Word格式文档下载.docx

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9.2.4热支出项目……………………………………………………………………

9.2.5列出热平衡方程式……………………………………………………………

9.2.6列出冷却带热平衡表…………………………………………………………

10烧嘴的选用…………………………………………………………………………………

11总结…………………………………………………………………………………………

12参考文献……………………………………………………………………………………

二设计任务与原始资料

2.1课程设计的目的与任务

本课程的目的是对学生学习《陶瓷工业热工设备》课程的最后总结，学生通过课程设计将能综合运用和巩固所学知识，并学会如何将理论知识和生产实践相结合，去研究解决实际中的工程技术问题，本设计的任务主要是培养学生设计与绘图的基本技能，初步掌握窑炉设计的程序、过程与内容。

2.2设计基本要求

2.2.1课程设计应当成为创造性劳动，应表达出自己的设计思想，而不是简单地照搬现成的资料，独立思考完成，杜绝抄袭往届的课程设计。

2.2.2窑炉结构和工作系统合理，设计计算正确，独立完成，大胆创新

2.2.3图纸：

清晰干净，制图规范，尺寸齐全；

图纸文字一律仿宋字体，各字体大小参考机械制图书；

图纸上墨。

2.2.4设计图纸范围：

窑体结构图，窑体主要断面图。

2.3设计任务

　年产300000件蹲便器天燃气隧道窑设计

2.4原始数据

产品尺寸：

600*400*300产品质量4公斤/件；

入窑水分：

2%

产品合格率：

90%

烧成制度：

烧成周期：

18小时，最高烧成温度：

1250℃

窑具：

窑车

三窑体主要尺寸的确定

3.1装车方法

由于产品不能承受较大压力，为了便于装车和便于控制和测量温度及气氛，采用顺序单层次装车方案：

沿长度方向上装6列棚板，沿宽度方向上装3排棚板，高度方向上装4层。

3.2窑车尺寸的确定

取制品与制品间间距为50mm

窑车车面尺寸为：

长Lc=300*5+4*50=1700mm，

宽Lb=600*3+50*2=1900mm。

3.3窑主要尺寸的确定

取制品与窑顶间间距为100m。

窑内高：

H=4*（175+25）+100=900mm。

取车台面高为400mm。

窑高：

400+H=1300mm。

取窑车也窑墙间距为75mm。

窑内宽：

B=600*3+50*2+75*2=2050mm。

为改善窑内传热，使制品在烧成带受热均匀。

烧成带窑内宽加宽300mm，取2800mm。

全窑制品数：

G=300000/24/330=37.9件。

每车制品数：

Gc=3*5=15件。

装窑密度：

ρ=15/2.02=7.43件/米。

窑内存车数：

Nc=101/2.02=50辆，取50辆。

窑的有效长度：

L=50*2.02=101m，实际长度取101m。

预热带：

Ly=101*10/18=56.1米，实际取57米。

烧成带：

LS=101*4/18=22.4米，实际取23米。

冷却带：

LL=101-57-23=21米。

每车用时：

18*60/50=22min。

设室内1/3的窑车数为备用车，则共需窑车数为50+16=66辆。

四工作系统的初步确定

5.1燃烧系统

在烧成带20-35号车位设10对烧嘴，均匀分布且呈交叉设置。

助燃空气不事先预热，由助燃风机直接抽取车间的室内空气。

5.2排烟系统

在预热带2-18号车位设17对排烟口，每车位一对交叉排列，烟气通过排烟孔到窑墙内的水平烟道，由3、6、9号车位的垂直烟道经窑顶的金属管道至排烟机，然后由铁皮烟囱排出至大气。

排烟机与铁皮烟囱皆设于预热带窑顶的平台上。

在冷却带的第35-43车位处设有21米长的间壁急冷段，由间壁上的7对小孔直接吸取车间冷空气。

同时，在同一段的窑顶有一段15米长的急冷风口，将排出去的热空气经窑顶上的金属管道送往预热带蹲气幕。

自40-49号车位设有4对热风抽出口，每车位对应一对。

5.3其他附属系统结构

5.3.1事故处理孔

事故处理孔尺寸为：

宽500毫米，高1250毫米，分别设在18号车位和34车位。

5.3.2 

测温孔及观察孔

测温孔及观察孔在烧成曲线的关键处设置测温孔，低温段稀疏，高温处密集，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。

5.3.3测压孔

压力制度中零压面的位置控制特别重要，一般控制在预热带和烧成带交接面附近。

若零压过多移向预热带，则烧成带正压过大，有大量热气体逸出窑外，不但损失热量，而且恶化操作条件；

若零压过多移向烧成带，则预热带负压大，易漏入大量冷风，造成气体分层，上下温差过大，延长了烧成周期，消耗了燃料。

本设计以观察孔代替测压孔。

5.3.4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。

5.3.5窑道档板和挡火墙

窑道上的档板和挡火墙可以起到窑内气体的上下和水平导流、调整升温曲线、蓄热辐射及截流作用。

档板负责对窑内上半窑道的控制,采用耐高温硬质陶瓷纤维板制成,可以通过在窑顶外部调整位置的高低。

挡火墙负责对窑内下半窑道的控制,采用耐火砖砌筑,高低位置相对固定。

窑道档板和挡火墙设置在同一横截面上。

全窑共设置5对闸板和挡火墙结构，分别设置在9-10节、13-14节、23-24节、28-29节。

5.3.6钢架结构

遂道窑钢架结构起着加固窑体作用，而钢架本身又是传动系统的机身。

本设计采用金属框架装配式钢架结构，立柱用2.5t×

75×

50mm方钢、上横梁用2.3t×

50×

50mm方钢、下梁用2.5t×

100×

50mm方钢。

在一节窑体钢架中，每侧共有立柱3根，两头每个立柱上开有攻M12螺栓节间联接的6个孔。

下横梁每节共3根，焊在底侧梁上，下横梁上焊有50×

50mm的等边角钢作底架，以便在其上搁置底板。

上下侧板可用2～3mm钢板冲压制成，吊顶梁采用50×

5mm的等边角钢。

五燃料燃烧的计算

6.1空气量的计算

6.1.1理论空气量：

V

=［0.5CO+0.5H2+2CH4+（m+

）CmHn+1.5H2S-O2］*

=［0.5*6.8+0.5*57+2*22.3+（m+

）*2.9+1.50.2-0.8］*

因为组分CmHn的化学式不明确，所以采用经验数据进行计算。

据Qnet=17.52MJ/Nm3>

12.56MJ/Nm3,

所以：

=0.26*

-0.25=4.3Nm3

6.1.2实际空气量Va

设空气过剩量系数为r=1.25

Va=r*V

=5.38（Nm3/Nm3）

6.2烟气生成量的计算

6.2.1理论烟气量Vo

Vo=0.272*

+0.25=5.0Nm3

6.2.2实际烟气量V

又α=

=

=1.25

V=Vo+（1.25-1）V

=6.075MJ/Nm3

6.3燃烧温度的计算

6.3.1燃料的成分及热值

6.3.2理论燃烧温度Tth

假定空气不预热ta=20℃此时Ca=1.30KJ/Nm3.℃

天燃气tf=20KJ/Nm3Cf=1.41KJ/Nm3

烟气tc=1210℃Cc=1.58KJ/Nm3

则Tth=

=

=1830.9℃

相对误差ε=

=33.9%》5%

应当再进行计算：

取烟气tc=1700℃Cc=1.65KJ/Nm3.KJ/Nm3.℃

=1753.26℃

=2%<

5%

符合计算要求，即Tth=1753.26℃.

6.3.3实际燃烧温度Tp

隧道窑的高温系数取：

η=0.8

则Tp=Tth*0.8=1402.6℃

比制品烧成温度高了152.5℃.

所以，空气和燃料可不用事先预热亦可达到烧成温度的要求，即先前的假设是正确可取的。

六窑体材料的确定

根据各带的温度对窑墙、窑顶的要求，考虑砖型及外观，以及经济等因素，窑体材料的选择和参数列于下表：

温度范围

长度范围

窑壁材料厚度

窑顶材料厚度

钢板

粘土砖

轻质粘土砖

高铝砖

红砖

硅藻土转

钢架

石棉

20-900

0-35

30

320

450

100*100

150

350

900-1210

35-55

500

220

400

200

1210-80

55-96

250

图表4窑体材料材质及厚度

七热平衡的计算

8.1计算基准

8.1.1热平衡的计算标准：

计算时间基准：

1h

计算温度基准：

0℃

8.1.2热平衡计算范围：

Q

预热带和烧成带，不包括冷却带，冷却带另外单独计算。

Qa

Qf

8.1.3热平衡收支图

Q1

Qg

热收支平衡图

Q8

Q2

Q3

Q4

Q5

Q7

Q6

Q1=坯体带入的显热

Q2=棚板带入的显热

Q3=产品带出的显热

Q4=棚板带出的显热

Q5=窑墙窑顶散热

Q6=窑车积散热

Q7=物化反应耗热

Q8=其他热损失

Qg=废气带走显热

=漏入空气显热

Qa=助燃空气带入显热

Qf=燃料带入化学热及显热

图表5热平衡收支示意图1

8.2热收入

8.2.1坯体体带入的显热

坯体入窑时的热数据：

温度t120℃

比热c10.9kJ/kg.℃

每小时入窑干制品的质量G12400kg/h

则Q1=G1*c1*t1=43197kJ/h。

8.2.2棚板带入的显热

棚板入窑时的热数据：

温度t2=20℃

比热c2=0.75kJ/kg.℃

每小时入窑棚板的总质量G2=1147.5kg/h

则Q2=G2*c2*t2=17212.5kJ/h。

8.2.3燃料带入的化学热及显热Qf

设每小时需天燃气XNm3/h：

燃料的化学热数据：

Qnet=17520kJ/Nm3；

温度tf=20℃；

比热cf=1.41kJ/Nm3.℃；

则Qf=X*（Qnet+tf*cf）=X*17548.2kJ/h。

8.2.4助燃空气带入的显热Qa

助燃空气热数据：

温度ta=20℃；

比热ca=1.29kJ/Nm3.℃；

每小时需助燃空气量Va=5.38X；

则Qa=Va*ca*ta=X*138.8kJ/h。

8.2.5漏入空气带入显热Q

取预热带烟气中空气过剩系数αg=2.5,；

取烧成带燃料燃烧时空气过剩系数αf=1.29；

漏入空气的热数据：

温度t

=20℃；

比热c

=1.29kJ/Nm3.℃

每小时漏入空气量V

=X*（αg-αf）*V

=X*6.9Nm3/h；

Q

=V

*c

*t

=X*178kJ/h。

8.2.6气幕空气带入显热Qm

用作气幕的气体为冷却段急冷段处抽出来的热空气，其带入的显热由冷却带热平衡计算。

Qm=7200*cm*tm=2358000kJ/h.

8.3热支出

8.3.1制品带出显热Q3

离开烧成带制品的热数据：

温度t3=1210℃；

比热c3=0.92kJ/kg.℃；

烧成制品质量G3=2282.4kg/h；

则Q3=G3*c3*t3=2540767.7kJ/h.

8.3.2棚板带走显热Q4

离开烧成带棚板的热数据:

温度t4=1210℃；

比热c4=0.80kJ/kg.℃；

棚板质量G4=1147.5kg/h;

则Q4=G4*c4*t4=1110780kJ/h.

8.3.3烟气带走显热Qg

烟气包括燃料燃烧产生的烟气、预热带从不严密处漏出烟气，还有用于气幕的空气，其中气幕空气体积有冷却带热平衡计算：

Vm=72000Nm3/h.

离窑烟气热数据：

温度tg=250℃；

比热cg=1.32kJ/Nm3.℃；

体积Vg=[V

+（αg-1）*V

]*X+VmNm3/h；

则Qg=Vg*cg*tg=2004.75*X+330*Vm。

8.3.4窑车积散热Q6

采用经验计算方法：

窑车积散热占总热收入的25%。

8.3.5通过窑墙窑顶散失的热Q5

因各段窑墙窑顶的筑炉材料不尽相同，因此各段散热应加以分别计算。

8.3.5.1预热段

窑墙材料热数据：

窑墙厚S1=δ1+δ2+δ3=30+320+450=800mm

温差t2-t1=900-20=880℃

导热系数λ1=43.2，λ2=0.33，λ3=0.7

窑墙面积S1=108.5m2

则热流量q1=

=545.5W/m2窑墙散热Q1=q1*S1=59186.75kJ/h.

窑顶材料热数据：

窑顶厚S2=δ1+δ2=150+350=500mm

温差t2-t1=880℃

导热系数λ1=0.073，λ2=0.7

窑顶面积S2=115.5m2

则热流量q2=

=344.45W/m2

窑顶散热Q1=q2*S2=39784kJ/h.

8.3.5.2烧成段

窑墙厚S1=δ1+δ2+δ3=30+220+500=750mm

温差t2-t1=1210-20=1190℃

导热系数λ1=43.2，λ2=0.105，λ3=0.092

窑墙面积S1=76m2

=158W/m2

窑墙散热Q1=q1*S1=12009.5kJ/h.

窑顶厚S2=δ1+δ2=200+400=800mm

温差t2-t1=1190℃

导热系数λ1=0.073，λ2=0.092

窑顶面积S2=72m2

=168W/m2窑顶散热Q1=q2*S2=12088.8kJ/h.

8.3.6物化反应耗热Q7

<

1%取0.8%

自由水质量Gw=0.008*G1=19kg/h。

制品中含Al2O3，r=17.5%

根据经验公式：

Q7=Qw+Qr

=Gw（2490+1.93tg）+Gr*1200*r=212062kJ/h.

8.3.7其他热损失Q8

采用经验计算方法，其他热损失占总热收入的5%。

8.4热平衡方程

Q收=Q支

Q收=Q1+Q2+Qf+Qa+Q

=Qg+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8=Q支

解得X=179.3m3

8.5热值收支表

图表6热值收支表1

八冷却带热平衡的计算

9.1计算基准

9.1.1热平衡的计算标准：

9.1.2热平衡计算范围：

Q10

Q9

9.1.3热平衡收支图

Q16

Q17

Q11

Q12

Q13

Q15

Q14

Q3=坯体带入的显热

Q4=棚板带入的显热

Q9=窑车带入的显热

Q10=冷却带末端送入空气带入的显热

Q11=坯体带出的显热

Q12=棚板等带出显热

Q13=窑车积散热

Q14=抽送干燥用的空气带走的显热

Q15=窑墙窑顶散热

Q16=抽送气幕热空气带走的显热

Q17=其他热损失

图表7热平衡收支示意图2

9.2热收入项目

9.2.1坯体带入显热Q3

Q3即为烧成带坯体带出的显热,即：

Q3=2540767.7kJ/h。

9.2.2棚板等带入显热Q4

Q4即为烧成带棚板带出的显热，即：

Q4=1110780kJ/h。

9.2.3窑车带入显热Q9

Q9即为烧成带窑车带出显热，即：

Q9=Qsum*0.25*0.95

9.2.4冷却带末端送入空气带入显热Q10

送入空气热数据：

比热ca=1.29kJ/Nm3.℃。

送入空气量Vm=7200Nm3/h.

则Q10=Vm*ta*ca=26*Vm=187200kJ/h.

9.3热支出项目

9.3.1坯体带出显热Q11

出窑制品热数据：

温度t11=80℃；

比热c11=0.905kJ/kg.℃

出窑制品的质量G11=2281kg/h

则Q11=G11*c11*t11=165166.5kJ/h.

9.3.2棚板等带出显热Q12

棚板的热数据：

温度t12=80℃；

比热c12=0.75kJ/kg.℃；

棚板的质量G12=1147.5kg/h。

则Q12=G12*c12*t12=68850kJ/h。

9.3.3窑车带走和散失的热Q13

采用经验算法，占窑车带入热量的55%

Q13=0.55*Q9=0.55*Qsum*0.25*0.95。

9.3.4抽送干燥用的空气带走的显热Q14

抽送干燥用的空气为冷空气鼓入量Vx，并设此时空气温度为t14=250℃，c14=1.31kJ/Nm3.℃.

则Q14=Vx*c14*t14=327Vx。

9.3.5窑墙窑顶散失热Q15

窑墙厚S1=δ1+δ2+δ3=30+220+200=450mm

温差t2-t1=1210-80=1130℃

导热系数λ1=43.2，λ2=0.7，λ3=1.5

窑墙面积S1=116.85m2

=2520.5W/m2

窑墙散热Q1=q1*S1=294527kJ/h.

窑顶厚S2=δ=250mm

温差t2-t1=1130℃

导热系数λ=0.7kJ/kg.℃

窑顶面积S2=120.95m2

=3955W/m2

窑顶散热Q1=q2*S2=478357kJ/h.

9.3.6抽送气幕热空气带走的显热Q16

设每个小孔的气流量为Vo=800Nm3/h

气幕空气的热数据：

温度t16=250℃；

比热c16=1.31kJ/Nm3.℃；

气幕空气量Vm=9*Vo=7200Nm3/h.

则Q16=Vm*c16*t16=2358000kJ/h。

9.3.7其他热损失Q17

采用经验计算方法，为收入量的5%。

9.4热平衡方程

热收入=热支出

Q3+Q4+Q9+Q10=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15+Q16+Q17

解得Vx=3245m3

9.5热值收支表

图表8热值收支表2

热收入

热支出

项目

热值KJ/h

占收入百分比%

占支出百分比%

Qsum

九烧嘴的选择

每小时燃料消耗求出为X=173.9Nm3/h，该窑共设10对烧嘴。

每个烧嘴的燃料消耗量为：

173.9/20=10.87Nm3/h，查《现代建筑陶瓷工程师手册》选烧嘴号：

DW-I-3型涡流式短焰烧嘴，其生产能力为18Nm3/h，烧嘴前液化气压力为800Pa，空气压力为2000Pa，与其配合的烧嘴砖厚为230mm。