年产50万件卫生洁具隧道窑设计.docx

1、年产50万件卫生洁具隧道窑设计窑炉课程设计说明书题目：年产50万件卫生洁具隧道窑设计目 录前言一 原始资料二 窑体主要尺寸的确定2.1窑主要尺寸的确定2.2 推车时间三 工作系统的初步确定3.1 窑体3.2燃烧系统3.3 排烟系统3.4 冷却系统3.5 检查坑道和事故处理孔3.6测温孔及观察孔3.7测压孔3.8 钢架四 窑体材料和厚度的确定五 燃料燃烧计算5.1 助燃空气量计算5.2 烟气量计算5.3 燃烧温度计算六 热平衡的计算6.1 计算基准6.2 热收入项目6.3 热支出6.4 列热平衡方程式6.5 预热带和烧成带热平衡表七 冷却带热平衡的计算7.1 计算基准7.2 热收入项目7.3 热

2、支出项目7.4 列热平衡方程式7.5 冷却带热平衡表八 排烟系统设计与计算8.1 排烟系统的设计8.2 阻力计算8.3 风机选型九 总结一 原始资料1.1 原始数据卫生洁具坯体组成（%）SiO2Al2O3CaOMgOFeOK2ONa2OTiO2I.L67.219.040.340.230.343.140.214.74.8图1-1 坯体组成年产量：50万件/年产品名称：卫生洁具年工作日：350天/年成品率：95%燃料：城市天然气35500制品入窑水分：1%燃烧曲线：20970 5.5h9701280 2.6h1280 1.5h128080 7.4h最高烧成温度1280 烧成周期17h窑型选择：卫生

3、洁具是大件，所以采用普通窑车隧道窑二 窑体主要尺寸的确定2.1 窑主要尺寸的确定为使装车方便，并且使窑内温度均匀，快速烧成，采用单层装车的办法，即窑车上只放一层制品。根据几种方法确定：窑车长宽=15003300mm 平均每车装制品15件，制品的平均质量为每件10kg，则每车装载量为150kg/车可以直接求出窑长：窑长L= (生产任务烧成时间)/(年工作日24) /（成品率装成密度）=106m 窑内容车数：n=106/1.5=71辆取要有效长为：106m根据烧成曲线：预热带长=（预热时间总长）/总烧成时间= （5.4106）/17=33.6取34m烧成带长=（烧成时间总长）/总烧成时间=（4.1

4、106）/17=25.6m取26m冷却带长=（冷却时间总长）/总烧成时间=（7.4106）/17=46.1m取46m2.2 推车时间窑内容车数54辆，则：推车时间：（1760）/71=14.36 min/车；推车速度：60/14.36=4.17车/小时。三 工作系统的初步确定3.1 窑体以2米为一个单元节，全窑106米，共有53节。窑体由窑墙主体、窑顶和钢架组成窑体材料由外部钢架结构（包括窑体加固系统和外观装饰墙板）和内部耐火隔热材料衬体组成。砌筑部分，均采用轻质耐火隔热材料。窑墙、窑顶和窑车衬体围成的空间形成窑炉隧道，制品在其中完成烧成过程。3.2燃烧系统在烧成带1829号车位设12对烧嘴，

5、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。3.3 排烟系统在预热带215号车位设14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。3.4 冷却系统冷却带在3038车位，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 ，余热风可供干燥用，达到节能目的。 3.5 检查坑道和事故处理孔由于窑车上棚架稳固，不容易发生倒窑事故。即使发生窑内卡车或者其他事故，也可停窑，能够快速冷却下来，再进行处理，对生产影响不大。因此该隧道窑

6、不设置窑内车下检查坑道。这样既简化了窑炉基础结构，减少了施工量和难度，又降低了成本，窑体保温也得到明显改善。3.6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。3.7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。3.8 钢架每一钢架长度

7、为2米，含钢架膨胀缝。全窑共53个钢架结构，其高度、宽度随窑长方向会有所改变。钢架主要由轻质方钢管、等边角钢等构成，采用焊接工艺，并在焊接处除去焊渣、焊珠，并打磨光滑。窑墙直接砌筑在钢板上，钢架承担着窑墙和窑顶及附属设备的全部重量。四 窑体材料和厚度的确定窑体所采用的材料及其厚度应该满足各段使用性能要求，综合考虑各处的温度对窑墙、窑顶的要求，窑体表面最高温度限制以及砖形、外观整齐等方面的因素，确定窑体材料和厚度见如下。窑墙窑顶温度段()该段长度(m)轻质高铝砖(mm)聚轻高铝砖(mm)轻质粘土砖(mm)硅酸铝棉(mm)硅酸钙硬板(mm)该段厚度(mm)堇青莫来石 板（mm)莫来石绝热 砖（mm

8、)硅酸铝纤维(mm)20-900261142301035420230900-122020114230100104542302301220-800811423010010454230230800-80281142301035420230表41 窑体材料和厚度表堇青莫来石板制品具有热膨胀系数小，抗震稳定性好，使用寿命长，且不会突然断裂，使用过程中不氧化不落脏掉渣，不污染烧品，是在1300以下烧制品最理想的材料。五 燃料燃烧计算5.1 助燃空气量计算所用燃料为天然气：Qnet,ar=35500KJ/m3。查工具书，得理论空气燃烧计算式，Va0=0.26+0.02 (m3/ m3)则理论空气需要量为：

9、Va0=0.26（35500/1000）+0.02=9.25 (m3/ m3)取空气过剩系数为1.29，则实际需要空气量为：Va=qv,a=Va0=1.299.25=11.93 (m3/ m3)5.2 烟气量计算查工具书，得理论空气燃烧计算式：V0=0.26+1.02 (m3/ m3)则理论烟气量为：V0 =0.26（35500/1000）+1.02=10.25(m3/ m3)实际烟气量为：V= V0+（-1）Va0=10.25+（1.29-1）9.25=12.93 (m3/ m3)5.3 燃烧温度计算燃烧温度计算式：t=（QDw+VaCata+CfTf）/（VC）查表在t=1730时的烟气比

10、热为C=1.64 kJ/(Nm3?)，在室温20时空气比热为Ca=1.30 kJ/(Nm3?)，天然气的比热为Cf=1.56 kJ/(Nm3?) ，代入公式得t=(35500+11.931.3020+1.5620)/（12.931.67）=1659.85相对误差为：（1730-1659.85）/1659.85=4.2%5%，认为合理。取高温系数n=0.8，则实际燃烧温度为tp=tth=0.81782=1327.88。1327.881280=47.88，比烧成温度高出47.88，认为合理。六 热平衡的计算6.1 计算基准热平衡的计算标准：计算时间基准：1h计算温度基准：0热平衡计算范围：预热带和

11、烧成带，不包括冷却带，冷却带另外单独计算。热平衡收支图：QQaQfQ1Q9热收支平衡图Q2Q8Q4Q5Q6Q7Q3Q1=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Q9=废气带走显热Q=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6-1 热平衡收支6.2 热收入项目6.2.1 制品带入的显热Q1每小时入窑干制品：G1=10154.17=625.5kg/h入窑制品含1%自由水，每小时入窑的湿制品为：G1= 625.5/（1-0.01）=631.8 kg/h入窑制品的平均比热：C1=

12、0.92KJ/（Kg）入窑制品温度：t=20Q1= G1C1t=631.80.9220=11625.12KJ/h6.2.2硼板、支柱等窑具带入显热Q2每小时入窑的总质量G2=3004.17=1251 Kg/hC2=0.963+0.000147t=0.963+0.00014720=0.96594 KJ/（Kg）Q2=G2C2T2=12510.9659420=24167.8188（kJ/h）6.2.3 燃料带入的化学热及显热QfQD =35500KJ/m3入窑天然气温度为Tf=20查表，Tf=20时天然气平均比热容为：Cf=1.56 KJ/（Kg）；Qf=（QD+Tf Cf）x=（35500+20

13、1.56）x=35531.2x kJ/h6.2.4 助燃空气带入的显热Qaqv =Va X=11.93 x (m3/ h)Ta=20,查表，Ta =20助燃风时平均比热容为：Ca =1.30 KJ/（Kg）Qa=qvCaTa=11.93x1.3020=310.18x （kJ/h）6.2.5 漏入空气带入显热Q取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.5，已求出理论空气量 Va0=9.25 Nm3/ Nm3烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.29Va/=x（ag-af）Va0=x(2.5-1.29)9.25=11.19x （Nm3/h）漏入空气温度为ta/=20，此时 Ca/=1.30 kJ/(N

14、m3)， 则：Qa/= Va/ Ca/ ta/=11.19 x1.3020=290.94x（kJ/h）6.2.6 气幕、搅拌风带入显热Qs气幕包括封闭气幕和搅拌气幕，封闭气幕只设在窑头，不计其带入显热。取搅拌气幕风源为空气，其风量一般为理论助燃空气量的0.5-1.0倍，取为0.8倍。所以：Vs=0.8qv =0.811.93 x=9.544x （Nm3/h），设ts=20，查得Cs=1.30 kJ/(Nm3)则：Qs= VsCsts=9.544x1.3020=248.144x （kJ/h）6.3 热支出6.3.1 制品带出显热Q3离开烧成带制品的热数据：温度t3=1280；比热C3=1.20

15、kJ/kg.；烧成制品质量G3=4.17（300+1510）=1876.5kg/h；则Q3= G3C3t3=1876.512801.2=2882304kJ/h.6.3.2棚板支柱带走显热Q4离开烧成带棚板的热数据:温度t4=1280；棚板质量G4=1251kg/hC4=0.84+0.000264t=0.84+0.0002641280=1.178 kJ/kg.则Q4= G4C4t4=12511.1781280=1886307.84 kJ/h.6.3.2 烟气带走显热Q9Qg=qgCgTg（kJ/h）烟气中包括燃烧生成的烟气，预热带不严密处漏入空气外，还有用于气幕的空气。用于气幕的空气的体积Vs=

16、9.544x (Nm3/h)离窑烟气体积：qg=Vg0+（ag-1）Va0x+Vs 烟气温度为100此时烟气比热Cg=1.068 kJ/( Nm3)QgqgCgtg12.93+(2.5-1) 9.25x+9.544x 1.0681003882.0732x （kJ/h）6.3.3 窑墙、窑顶散失热量Q5根据各段材料不同,并考虑温度范围不能太大,将预热带和烧成带分成三段计算。6.3.3.1 20750段该段窑长度为22米，窑宽为3.55米。窑外壁表面平均温度80，窑内壁表面平均温度：（20+750）/2=385。6.3.3.1.1 窑墙部分散热计算此部分用材料如下：轻质高铝砖，厚度=114 mm，

17、导热系数0.706 w/（m）；轻质粘土砖，厚度=230 mm，导热系数0.342 w/（m）；硅酸钙硬板，厚度=10 mm，导热系数0.07 w/（m）；热流q1=312.23W/m不考虑车台面以下部分的窑墙散热，窑内高按1200mm计算，则两侧窑墙散热量：Q/1=2312.23221.23.6=59348.6784（kJ/h）6.3.3.1.2 窑顶部分散热计算此部分用材料如下：堇青莫来石板，厚度=20 mm，导热系数0.2 w/（m）；硅酸铝棉，厚度=230 mm，导热系数0.24 w/（m）；热流q2=288.19W/m窑顶散热量：Q/2=288.193.55223.6=81027.5

18、（kJ/h）所以，20450段的窑体散热总量为：Q/a= Q/1 Q/2=59348.6784+81027.5=140376.1784（kJ/h）6.3.3.2 750970段该段长度为13米，窑外壁表面平均温度80，窑内壁表面平均温度：（750+970）/2=8606.3.3.2.1 窑墙部分散热计算此部分用材料如下：轻质高铝砖，厚度=114 mm，导热系数0.706 w/（m）；轻质粘土砖，厚度=230 mm，导热系数0.342 w/（m）；硅酸钙硬板，厚度=10 mm，导热系数0.07 w/（m）；热流q3=798.49 W/m则两侧窑墙散热量：Q/7=2798.491.2133.6=8

19、9686.39（kJ/h）6.3.3.2.3 窑顶部分散热计算此部分用材料如下：堇青莫来石板，厚度=20 mm，导热系数0.2 w/（m）；硅酸铝棉，厚度=230 mm，导热系数0.24 w/（m）；热流q4=737.01W/m窑顶散热量：Q/8=3.55737.01133.6=122446.84（kJ/h）所以，750970段的窑体散热总量为：Q/9= Q/7+ Q/8=89686.39+122446.84=212133.23（kJ/h）6.3.3.3 9701280段该段长度为23米，窑外壁表面平均温度80，窑内壁表面平均温度：（970+1280）/2=11256.3.3.3.1 窑墙部分

20、散热计算此部分用材料如下：聚轻高铝砖，厚度=114 mm，导热系数0.45 w/（m）硅酸铝棉，厚度=100 mm，导热系数0.24 w/（m）轻质粘土砖，厚度=230 mm，导热系数0.342 w/（m）；硅酸钙硬板，厚度=10 mm，导热系数0.07 w/（m）热流q10= q5=703.53W/m不考虑车台面以下部分的窑墙散热，窑内高按1300mm计算，则两侧窑墙散热量：Q/10=2703.531.3233.6=151455.94（kJ/h）6.3.3.3.2 窑顶部分散热计算此部分用材料如下：莫来石绝热砖，厚度=230mm，导热系数0.3 w/（m）；硅酸铝棉，厚度=230 mm，导热

21、系数0.24 w/（m）；热流q11= q6=605.79W/m窑顶散热量：Q/11=233.553.6605.79=178065.91（kJ/h）所以，9701280段的窑体散热总量为：Q/12= Q/10+ Q/11=151455.94+178065.91=329521.85 （kJ/h）综上所述，预热带和烧成带窑体散失热量总和为：Q5=140376.1784+212133.23+329521.85=682031.2584（kJ/h）6.3.4 窑车蓄热和散失热量Q6取经验数据，占热收入的10%。6.3.5 物化反应耗热Q7自由水蒸发吸热:Qw= Gw（2490+1.93tg） 自由水的质

22、量 Gw=631.8-625.5=6.3 kg/h烟气离窑的温度tg=100。制品中Al2O3含量为19.04%则可得：Q7=Qw+Qr=Gw(2490+1.93tg)+Gr2100Al2O3%=6.3(2490+1.93100)+625.5210019.04%=267002.82 kJ/h6.3.6 其他热损失Q8一般取经验数据，此项热支出占热收入的5%10%，本次计算取5%。6.4 列热平衡方程式由热平衡方程：热收入=热支出，有Q1+Q2+Qf+Qa+ Q/a +Qs=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q811625.1224167.818835531.2x310.18x290.94x2

23、48.144x=28823041886307.8413085.64x682031.2584268826.6710% Q收5%Q收X=210.32即每小时需要天然气210.32 Nm36.5 预热带和烧成带热平衡表热 收 入热 支 出项目(kJ/h)（%）项目(kJ/h)（%）坯体带入显热11625.120.15产品带走显热288230437.49燃料化学显热7472921.98497.21烟气带走显热816477.635410.62助燃空气显热65237.05760.85窑墙、窑顶带走显热682031.25848.87漏入空气显热61190.50080.79物化反应耗热267002.823.4

24、9棚板、立柱带入显热24167.81880.32棚板、立柱带出显热1886307.8424.53气幕显热52189.646080.68窑车积、散热768733.212710其它热损失384366.60645总计7687332.127100总计7687223.373100表6-1 预热带和烧成带热平衡表七 冷却带热平衡的计算7.1 计算基准热平衡的计算标准：计算时间基准：1h计算温度基准：0热平衡计算范围：预热带和烧成带，不包括冷却带，冷却带另外单独计算。热平衡收支图：Q10Q9Q3Q16热收支平衡图Q17Q4Q11Q12Q13Q15Q14Q3=胚体带入的显热Q4=棚板带入的显热Q9=窑车带入的

25、显热Q10=冷却带末端送入空气带入的显热Q11=胚体带出的显热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7-1 热平衡收支示意7.2 热收入项目7.2.1 制品带入显热Q3此项热量即为预热，烧成带产品带出显热Q3=2882304kJ/h7.2.2 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、支柱等窑具带出热Q4=1886307.84 kJ/h7.2.3 窑车带入显热Q9预热带和烧成带窑车散失之热约占窑车积热的5%，即95%之积热进入了冷却带。Q9=0.95Q6=768733

26、.21270.95=730296.5521（kJ/h）7.2.4 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（1/2-1/4），本设计取急冷风是窑尾风的1/2，则急冷风与窑尾风的总风量为：1.5Vx空气的温度ta=20,此时空气的平均比热ca=1.296 kJ/(Nm3）.则：Q10=Vacata=1.5Vx1.29620=38.79Vx（kJ/h）7.3 热支出项目7.3.1 制品带出显热Q11出窑产品质量G11=625.5kg/h出窑产品温度 t11=80， 产品比热 C11=0.896kJ/(kg)Q11=G11C11t11=625.5800.896=44835.84（kJ/h）