窑炉设计说明书日产8000平米玻化砖辊道窑设计.docx
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窑炉设计说明书日产8000平米玻化砖辊道窑设计
、八、，
刖言
本课程设计的目的是对所学的知识以实际结合，学生通过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。
窑炉是陶瓷企业的主要热工设备，其性能的先进性直接影响到企业产品的产量、质量及企业的经济效益。
传统的煤、油烧隧道窑采用重质耐火材料加轻质保温砖结构，窑顶、窑墙都比较厚，窑体表面积也很大，向外散热较多，造成热效率不高。
近年来随着燃料结构和筑炉材料的变化，以及国家能源紧张、环保政策的加强，企业在新建和改造窑炉时越来越重视辊道窑的发展。
液化气辊道窑因烧成制度（温度、压力、气氛）稳定、断面温度均匀、燃料燃烧充分完全、对环境污染小、热能综合利用率高、可对制品进行快速烧成等优点，所以能实现高产优质低耗的目的。
辊道窑一般采用轻质耐火材料砌筑，在设计时为提高窑炉的热效率，选材应尽可能先用轻型化的筑炉材料，可直接选用高强轻质耐火材料作为窑炉内衬，如:
硅藻土砖、莫来石砖、氧化铝聚球砖、高铝聚轻砖、粘土聚轻砖等。
这些材料密度小，强度高，导热系数低，热稳定性好，很适合作为砌筑辊道窑的内层耐火材料；外层隔热一般选用硅酸铝陶瓷纤维棉，可以大大减薄窑墙、窑顶的厚度，增加窑体的保温性能，降低窑体的表面温度，减少窑体向外散热，以达到节能降耗的目的，提高辊道窑炉的热利用率。
设计任务书
、设计任务
日产8000平米玻化砖辊道窑设计
.原始数据
玻化砖
1.坯料组成（%）:
SiO2
Al203
CaO
MgO
Fe2O3
K2O
Na2O
I.L
68.35
16.27
2.30
2.65
0.85n
2.20
「2.15
4.85
2.产品规格：
800X800x10mm,单重3.2公斤/块;
3.入窑水分：
V1%
4.产品合格率：
95%
5.烧成周期：
40分钟（全氧化气氛）
6.最高烧成温度：
1180C（温度曲线自定）
（三）燃料：
焦炉煤气
天然气
CO
H2
CH
C2H4
HS
CO
NN
O
Q（MJ/Nm）
6.8
57.
0
22.3
2.9
0.2
2.3
7.
7
0.
8
17.52
（四）夏天最高气温：
37C
名称
温度/r
时间/min
升温速率/C・min1
长度比例/%
节数/节
40〜250
6
35
50
25
预热带
250〜800
14
39.3
1〜25
800〜1180
6
63
17.5
12
烧成带
1180
1
0
26〜37
冷却带
1180〜700
5
96
32.5
21
38〜58
700〜80
8
77.5
累计
40
100
58
温度-时间
一一温度
01020304050
时间/t
窑体主要尺寸的确定
3.1窑内宽的确定
确定内宽时，要考虑棍子的长度、窑顶建筑及水平方向的温度的均匀性等因素。
目
前棍子的长度可以3米左右，随着生产技术的进步，辊道窑的内宽有进一步加宽的趋势。
产品的尺寸为800X800X10mm设制品的收缩率为10%由坯体尺寸=产品尺寸/（1-烧成收缩）,得坯体尺寸为：
889X889mm
两侧坯体与窑墙之间的距离取150mm设内宽B=2.0m取产品平放于辊棒上，计算
宽度方向坯体排列的块数为：
n=（2000-150X2）/889=1.91，确定并排2块。
确定窑内宽B=889X2+150X2=2078mm取2080mm
3.2窑长及各带长度的确定
3.2.1窑体长度的确定
每小时进入生坯=（年产量X烧成周期）十［年工作日X24X产品合格率X（1-收缩率）］
=（3300000X2/3）-（330X24X95%X90%
=311.06（m2/窑）
装窑密度=每米排数X每排片数X每片砖面积
=（1000-889）X3X（0.8X0.8）
=2.16（m/每米窑长）
窑长=窑炉每小时进入生坯十装窑密度
=311.06-2.16
=144.01（m）
取单节长度为2175mm窑的节数=144.01-2.175=66.12节，取整为66节
所以算出窑长为L=2.175X66=143.55m
3.3窑内高的确定
窑内咼度表
1-22节
23-39节
40-66节
辊上高（mm
300
370
300
辊下咼（mm
400
470
400
内总高（mm
700
840
700
5工作系统的确定
辊道窑的工作系统确定包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统等。
5.1排烟系统
在预热待第2、3节设置排烟口，在每段排烟处的窑顶设三个，窑底设2个排烟口直通窑体外。
排烟出口处设置排烟阀，然后经水平分管进入总烟管。
总烟管设于窑顶，上有总闸。
利用烟气抽力，引导窑内气体流动。
5.2燃烧系统
因所设计的为明焰气烧辊道窑，且使用焦炉煤气作燃料，在辊子上下各设一层烧嘴，同一层烧嘴两侧交错布置，同一侧烧嘴上下交错布置。
烧嘴的对侧是观察孔，以便更好的观察火焰的燃烧情况，便于操作控制。
烧嘴的设置：
本设计在预热带后部即烧成带前就开始设置烧嘴，有利于快速升温和温度调
节，缩短烧成周期，达到目的。
考虑到在低温段设置烧嘴不宜太多，但也不要太少。
因此，在第14——34节的辊上下交错设置2对烧嘴。
在35—46节每节设置3对烧嘴，辊上下烧嘴及对侧烧嘴均互相错开排列。
并在每烧嘴的对侧设置一观察孔。
因此，本设计总共有156个烧嘴。
焦炉煤气送装置
天然气由升风机升压，通过管道、阀门、总管天然气处理系统，经过分管，并在分管上设置自动控制和手动控制系统，送至各个烧嘴，助燃空气由风机通过管道、阀门送至烧嘴。
总管天然气处理系统：
汽水分离器一过滤器一调压器。
分管自动控制系统：
分管总阀一执行器一碟阀一烧嘴
分管手动控制系统：
碟阀一压力表一烧嘴
5.3冷却系统
制品在冷却带有晶体成长，转化的过程，并且冷却出窑是整个烧成过程最后的一个环节。
从热交换的角度来看，冷却带实质上是一个余热回收设备，它利用制品在冷却过程中所放出的热量来加热空气，余热风可供干燥，达到节能的目的。
急冷通风系统：
从烧成最高温度至700C以前，制品中由于液相的存在而且具有塑性，此时可以进行急冷，最好的办法是直接吹风冷却。
辊道窑急冷段应用最广的是直接风冷是在辊上下设置横窑断面的冷风喷管。
每根喷管上均匀地开有圆形或狭缝式出风口，对着制品上下均匀地喷冷风，达到急冷的效果。
由于急冷段温度高，横穿入窑的冷风管须用耐热钢制成，管径为60〜80mm
本设计也采用此种结构，在第47――51节进行急冷，辊上6根，辊下6根内径©80mm急冷风管。
缓冷通风系统：
制品冷却到700~400C范围时，是产生冷裂的危险区，应严格控制该冷却降温速率。
为达到缓冷目的，一般采用热风冷却制品的办法。
大多数辊道窑在该处设有多处抽风口，使从急冷段与窑尾段过来的热风流经制品，让制品慢速均匀得冷却。
本设计也采用抽热风的方法，抽走来至急冷带和快冷带的热风，这样可缓和降温速率，达到抽走急冷段的热风。
在第29节设有一个工作平台，上面布置两台风机，一台为正在运行的风机，另一台为备用风机。
在第52――60节设置抽热风口，
抽热风口只置于窑顶、窑底，每处设置1至2个小抽热风口。
在每根支管上设置一个控制阀，支管经汇总后与分管连接。
间接冷却不另设风机抽热，直接与风管连接，利用抽热风管管内的抽力将冷却管另一端的冷空气吸入，冷却管壁，达到间接降低窑内温度。
快冷通风系统：
制品冷却到400C以后可以进行快速冷却。
介由于制品温度较低，使传热动力温差小，即使允许快冷也不易达到。
因此在第61――68节两侧窑墙设置12根冷风管,直接鼓入冷风对制品进行强制对流换热，使制品达到出窑温度。
5.4传动系统
辊道窑对辊子材料要求十分严格，它要求制辊子材料热胀系数小而均匀，高温抗氧化性能好，荷重软化温度高，蠕变性小，热稳定性和高温耐久性好，硬度大，抗污能力强。
常用辊子有金属辊和陶瓷辊两种。
为节约费用，不同的温度区段一般选用不同材质的辊子。
本设计在选用如下：
低温段（20r〜200C）
无缝钢管棍子
中温段（200〜600r和400〜800C）
耐热不锈钢管
高温段（600〜1180和1180〜700）
莫来石刚玉陶瓷棍棒
中温段（700〜400）
莫来石棍棒
辊子直径与长度的确定：
辊子的直径大，则强度大；但直径过大，会影响窑内辐射换热和对流换热。
故根
据窑内宽2.08m的长度，窑墙厚度300〜350mm选择直径为40mm勺辊棒，而辊子长度则取2740mm
辊距H=（1/3〜1/5）xL=266.7〜160mm（L——制品长度，mm
辊距选180mm每节辊子数=2400-180=13.3，取13根
棍子总数=13x68=884根
传动系统的选择：
考虑到产品的质量问题，辊道窑的传动系统由电机、链传动和齿轮传动构所组成。
为避免停电对正常运行的辊道窑造成的危害，辊道窑一般都设在滞后装置，通常是设一台以电瓶为动力的直流电机。
停电时，立即驱动直流电机，使辊子停电后仍能正常运行一段时间，避免被压弯或压断，以便在这段时间内，启动备用电源。
本设计选用多电机分段传动分段带动的传动方案。
将窑分成3段，每段由一台电
机托动，采用变频调速。
所有电机可以同时运行，每台亦可单独运行，当处理打缧、堵窑等事故时，将电机打到摆动状态，使砖坯前后摇摆运行，可保证这些区段的制品不粘辊，辊子不弯曲，砖坯亦不会进入下一区段。
传动过程：
电机f减速器f主动链轮f滚子链f传动轴f从动链轮f主动螺旋齿轮f从动
螺旋齿轮f辊棒传动装置f辊子
传动过程联接方式：
依据以上原则，联接方式主要采用弹簧夹紧式，从动采用托轮磨擦式。
5.5窑体附属结构
5.5.1事故处理孔
事故处理孔设在辊下，且事故处理孔下面与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底
上的砖坯碎片。
设置的事故处理孔尺寸为：
450X120mm艮卩b=450mm$=120mmB=2080mm同一侧两事故处理孔中心距应小于或等于L2b^2*0.45*"野23.1（m）。
所以采
取隔四节设计一个事故处理孔。
两侧墙事故处理孔采取交错布置的形式。
对于事故处理孔在不处理事故时，要用塞孔砖进行密封，孔砖与窑墙间隙用耐火纤
维堵塞。
密封时为了防止热气体外溢，冷风漏入等对烧成制度产生影响。
5.5.2测温测压孔及观察孔
5.521测温孔
为严密监视及控制窑内温度制度，及时调整烧嘴开度，一般在窑道顶及火道侧墙
留设若干处测温孔以安装热电偶。
测温孔间距一般为3~5米，高温段布密些，低温段
布稀些，在烧成曲线的关键点，如氧化末段、晶体转化点、釉始溶点、成瓷段、急冷结束等都应设测温孔。
本设计如下：
第14、18、30、34节和第45、46节的窑顶中部和一侧窑墙中部辊
下方各设置一个测温孔。
第2、6、10、22、26、35、36、38、40、42、44节在窑顶中
部设置一个测温孔。
第48、50、52、54、57、61、65节一侧窑墙中部设置一个测温孔。
5.5.2.2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。
所以在第34、36节处设置
测压孔。
5.5.2.3观察孔
在每个烧嘴的对侧窑墙设置①40mm勺观察孔，以便烧嘴的燃烧状况。
未用时，用与观察孔配套的孔塞塞住，以免热风逸处或冷风漏入。
5.5.3膨胀缝
窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，因此在窑墙、窑顶及窑底砌体间要留设膨胀缝以避免砌体的开裂或挤坏。
本设计窑体采用装配式，每节窑体留设2处宽度为10mm的膨胀缝，内填矿渣棉。
各层砖的膨胀缝要错缝留设。
5.5.4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，采用耐硬质高温陶瓷纤维板制成，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。
通常为防止预热带、冷却带冷气流进入高温区，在烧成带工作通道两端必须设有挡墙结构。
烧成带与冷却带交界处的上下挡墙起分隔两带的作用。
所以在11、14、20、26节、38、42节处各设置
一挡板，在18、29处设置挡墙。
又因在冷却带急冷鼓风两端及抽热风段两端也可设置下挡墙，对调节窑内压力制度可有良好的作用。
即在？
？
？
节设置下挡墙。
5.6窑体加固钢架结构形式
钢架结构每节都设15根60*4mm的方钢，吊顶选用56*56*5的等边角钢，下横梁上焊有56*56的等边角钢，而烧嘴的固定用56*5的等边钢。
6燃料燃烧计算
6.1空气量（标准情况下）
燃料组成：
天然气
CO
H2
CH
CH
HS
CO
Q
Q（MJ/Nm5）
6.8
57.0
22.3
2.9
0.2
2.3
7.7
0.8
17.52
根据经验公式:
0.25*Qnet
6.2烟气量
根据经验公式:
理论烟气量：
Vg0兰益性0.255.015（m3/Nm3）
实际烟气量：
Vg5.105（1.151.0）4.135.635（m3/Nm3）6.5理论燃烧温度的计算
设空气温度ta20C,空气比热为1.30KJ/M3?
c。
发生炉煤气比热为：
G=
1.1.55KJ/M3?
C，ta=tf=20C，现设T=1550E，燃烧产物温度C=2.0275KJ/M3?
C
则理论燃烧温度为:
T—（Qnet+LnCata+Cftf）/VnC
=（17520+4.75X1.30X20+1.55X20）/（5.635X2.0275）
—1547C
求得温度与假设温度相对误差:
（1550-1547）/1550X100%=0.2唸5%所以假设合理。
取高温系数n—0.85，则实际燃烧温度Tp—0.85X1550—1317C，比需要的温度高137C，这符合要求有利于快速烧成，保证产品达到烧熟的目的。
六、物料平衡计算
1每小时烧成制品的质量Gm
根据日产量可知每小时烧成成品面积为：
8000/24=333.3m2/h
根据计算砖重=3.2Kg/m
则每小时烧成制品质量Gm=（333.3X3.2）/0.64
=1666.7Kg/h
2每小时烧成干坯的质量Ggp,取烧成灼减为5%
Ggp=Gm*100心00-5.92）
=1315.8X100/（100-5.92）
=1771.6（Kg/h）
3每小时欲烧成湿坯的质量Gsp（w—入窑制品含自由水）
Gsp=Ggp*100/（100-w）=1771.6X100/（100-1）=1789.5（Kg/h）
4每小时蒸发自由水的质量Gzs
Gzs=Gsp-Ggp=1789.5-1771.6=17.9（Kg/h）
5每小时从精坯中产生CO的质量GCO2
每小时从精坯中引入的CaO质量GCaO和MgC质量GgO的计算
GCaO=Ggp*CaO%
=1771.6X2.3%=40.75（Kg/h）
GMgO=Ggp*MgO%
=1771.6X2.65%=46.95（Kg/h）
每小时产生CO的质量
GcO2=（GcacXMCo/MCa（）+（GMgcXMbo/MMgO
=（40.75X44/56）+（46.95X44/40）
=83.66（Kg/h）
6每小时从精坯中分解出的结构水的质量Gip
Gip=Ggpx5.92%-Gco2
=1385.1X5.92%-83.65
=21.23（Kg/h）
窑体材料的确定
4.2窑体材料厚度的确定原则
为了砌筑方便的外形整齐，窑墙厚度变化不要太多。
材料的厚度应为砖长或砖宽的整数倍；墙高则为砖厚的整数倍，尽量少砍砖。
厚度应保证强度和耐火度。
总之，窑体材料及厚度的确定在遵循以上原则得计出上，还要考虑散热少，投资少,使用寿命长等因素
7窑体材料及厚度的确定：
列表表示全窑所用材料及厚度
表4-1窑体材料和厚度表
（1）
1-34、55-68节
名称
材质
使用温度（C）
导热系数［V/（n?
c）］
厚度（mrm
窑
顶
耐火层
轻粘土砖
?
0.66+0.08X103t
230
隔热层
硅藻土砖
900
0.35〜0.81
100
窑
墙
耐火层
轻粘土砖
?
0.66+0.08X103t
230
隔热层
硅藻土砖
900
0.35〜0.81
100
窑
底
耐火层
轻粘土砖
?
0.66+0.08X103t
230
隔热层
硅藻土砖
900
0.35〜0.81
100
表4-2窑体材料和厚度表
（2）
35-54节
名称
材质
使用温度（C）
导热系数［V/（m?
c）］
厚度（mm
窑
顶
耐火层
轻质咼铝砖
1400
3
0.66+0.08X103t
230
隔热层
硅酸铝耐火纤维束
1150
0.1〜0.3
80
硅藻土砖
900
0.35〜0.81
20
窑
墙
耐火层
轻质咼铝砖
1400
0.66+0.08X103t
230
隔热层
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.1〜0.2
80
硅藻土砖
900
0.35〜0.81
20
窑
底
耐火层
轻质咼铝砖
1400
3
0.66+0.08X10t
200
隔热层
硅藻土砖
900
0.35〜0.81
100
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.1〜0.3
30
热平衡计算
热平衡计算包括预热带、烧成带热平衡计算和冷却带热平衡计算。
预热带和烧成带的热平衡计算目的在于求出每小时的燃料消耗量；冷却带的热平衡计算的目的在于计算
冷空气鼓入量和热风抽出量。
8.1预热带和烧成带的热平衡计算
8.1.1热平衡计算基准及范围
时间基准：
1h;温度基准：
0C基准质量：
1h进入系统的物料
8.1.2画出热平衡示意框图
Qf
1
Qi
Qi
Qg
Q5
Q2
1
Q3
1
Q4
1
图7-1预热带和烧成带热平衡示意图
q----坯体带入显热；Qa----助燃空气带入显热；
Qa'----漏入空气带入显热；Qf----燃料带入化学热及显热;
Q2----产品带出显热；Q3----墙、顶、底散热；
Q4——物化反应耗热；Q5——其它热损失；
Qg----废气带走显热。
8.1.3热收入项目
8.1.3.1制品带入显热Q（KJ/h）
Q1=Gspc1t1
其中：
Gsp----湿制品质量（Kg/h）
C1
—制品的比热
t1
—制品的温度
第6节的温度为ti=250C;
ci=0.84+26X10-5X250=1.0KJ/（m3「C）
Qi=GspCiti=1771.6X1.0X250=35432（KJ/h）
8.1.3.2燃料带入化学热及显热Qf
1.3.2燃料带入化学热及显热Q
Q=X（Q）v+Cftf）
其中x——每小时消耗的燃料量m/h
Qdw燃料的热值KJ/h
Cf——20C时的比热KJ/m3•C
tf――天然气的温度C
Qf=X（17520+1.55X20）=17551X（KJ/h）
8.1.3.3助燃空气带入显热Qa（KJ/h）
助燃空气温度ta=20C,20C时空气比热容ca=1.30kJ/（kg?
C）,则燃料燃烧所需助燃空气量为：
Va总=VaX=4.75X（Bn^/Bmi）,
故Qa=Va,总Cata=4.75XX20X1.30=123.5X（KJ/h）
8.1.3.4预热带漏入空气带入显热Qa'（KJ/h）
取预热带前段空气过剩系数ag=3.2,漏入空气温度ta'=20C,Ca'=1.30KJ/（m3-C）.
则漏入空气总量为：
Va'=Mf（ag-a）L0=Mf（2-1.2）X1.42=1.136Mf（m3/h）
所以Qa=Va'ca'ta'=1.136MfX1.30X20=29.54Mf（KJ/h）
8.1.4热支出项目的计算
7.1.4热支出项目
7.1.4.1产品带出显热Q（KJ/h）
烧成产品质量G3=Gm*K=1666.7X95%=1583.4（KJ/h）
制品出烧成带（第44节）产品温度t2=1180C
5
查表可知：
产品平均比热为：
C2=0.84+26X10X1180=1.15KJ/Kg「C
贝UQ2=GC2t2=1583.4X1.15X1180=2148674（KJ/h）
7.1.4.2烟气带走显热Qg（KJ/h）
每小时离窑烟气量：
Vg=[V；+（ag-a）Va°]XX=[5.015+（2.0-1.0）X4.13]X
=9.145X（nVh）
烟气离窑温度一般tg=250C，查表得此时烟气的平均比热为：
Cf=1.42KJ/m3C
则Q=VgCftg=9.145XX1.42X250=3246.5X（KJ/h）
7.1.4.3物化反应耗热Q（KJ/h）
不考虑制品所含之结构水，自由水质量：
GW=17.9Kg/h
烟气离窑温度：
tg=250C,
7.1.4.3.1自由水蒸发吸热
Q=G（2490+1.93tg）=14X（2490+1.93X250）=53207.75（KJ/h）
7.1.4.3.2其余物化反应热Q
用ALO反应热近似代替物化反应热,入窑干制品质量Ggp==1771.6（Kg/h）
ALO含量为16.27%,所以
Qr=GgpX2100XALQ%=1771.6X2100X16.27%=605302.57（KJ/h）
7.1.4.3.3总的物化反应耗热
Q=Q
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