隧道窑课程设计说明书.docx

1、隧道窑课程设计说明书成都理工大学窑炉设计说明书题目：设计一条年产卫生陶瓷 24 万大件的隧道窑学 号：姓 名：学 院：材料与化学化工学院班 级：指导教师： 叶巧明 刘菁一、 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，

2、 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 24 万大件的隧道窑2课程设计原始资料（1）、年产量： 24 万大件 / 年；（2）、产

3、品规格： 400*200*200mm,干制品平均质量 10Kg/件 ;（3）、年工作日： 350 天/ 年;（4）、成品率： 85%；3（ 5）、燃料种类：天然气，热值 QD=36000KJ/Bm; （ 6）、制品入窑水分： 2.0%；（ 7）、烧成曲线：20 970， 9h；970 1280， 4h；1280， 保温 1h；1280 80， 14h；最高烧成温度 1280，烧成周期 28h。3课程设计要求（1）、课程设计严格按照成都理工大学课程设计（学年论文）工作管理办法进行规范管理；（2）、要求提交窑炉设计说明书一份，设计图二张（隧道窑剖面图及隧道窑工作系统图）；（3）、要求计算正确， 设

4、计合理，文图相符，课程设计报告 3000 字（含数据表、插图）；（4）、采用学校规定的“成都理工大学学生的撰文专用稿纸”，参照学校规定的毕业设计（论文）撰写格式要求（含数据表、插图），撰写或编排打印课程设计；参照学校规定的毕业设计（论文）装订结构，课程设计报告、图纸等一并装入学校规定的“成都理工大学学生专为资料袋”。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：20 970， 9h ；预热带970 1280， 4h ；烧成带1280 ， 保温 1h ；保温阶段1280 80， 14h ；冷却带烧成周期 :28 小时2、窑型选

5、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：窑车长宽 1500 870mm，平均每车装制品 11件车，干制品的平均质量为每件 10Kg，则每车装载量为 110Kg/ 车。=240000 28 350 24（

6、 0.85 11 1.5 ）=128.34 m窑内容车数： n=128.34/1.5=85.56 辆取86辆则窑车有效长度为： 861.5=129m2、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 =9/28 129=41.46m烧成带长 Ls=（烧成时间 / 总烧成时间） 总长 =（4+1）/28 129=23.04m冷却带长 Lv=（冷却时间 / 总烧成时间） 总长 =14/28 129=64.5m设进车室 2m，出车室 2m，则窑总长为 129十2十2133m。窑内宽 B根据窑车和制品的尺寸取 800mm。窑内侧墙高 ( 窑车挂 9z面至拱脚 ) 根据制品最大尺寸

7、 ( 并留有空隙 ) 定为 500mm。拱心角口取 60，则拱高 J 0 136B0134 800107mm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 300mm高之通道 ( 由40mm厚耐火粕土板及耐火粘土砖柱组成 ) 。见图 1 44剖面 6 6。侧墙总高为 ( 轨面至拱脚 )H 500十300十40十6601500m m窑内容车数 86辆推车时间： 28 60/86=19.5min/ 车小时推车数： 60/19.5=3.08 车/h五、工作系统的安排在预热带 2 24号车位设 23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 9号车位的垂直烟道经窑

8、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、 6号、 11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。 6号和 11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 2829号一 42 43号车位设 14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 4450号车位处，有10m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

9、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 43号车位有 10m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 5260号车位设 12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

10、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 28 65号车位，每隔 3m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 28号、 43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 17。材料及厚度确定忘可进行材料的蘸算。计算方法同田 (1-1) 、 (1-2) ，逐段逐层的计算。确定全窑的材料消耗量。七、燃料燃烧计算1、燃烧所需空气量3该窑用天然气，其热值 QD=36000KJ/Bm;理论空气量： V oa=0.26QD/1000-0.25=9.524;实际空气量 :

11、 取空气过剩系数 =1.29Va=Voa=1.29 9.524=12.286Bm3/Bm3;2、燃烧产生烟气量理论烟气量：o33V =0.26QD/1000+1.02=0.26*36000/1000+1.02=10.38Nm /Nm )实际烟气量V= Vo+（ -1 ） Vo a=10.38+（1.29-1 ） *9.524=13.14 (Nm 3/Nm3 )3、燃烧温度理论燃烧温度 t th =(Qnet+Cf Tf +VaCaTa)/VCoC(1730-1688.3)/1688.3 100%=2.55%所以合理取高温系数 =0.80则实际温度为 :Tp=0.80*1688.3=1350.6

12、 oC比烧成温度 1280oC高 70.6 oC，认为合理用经验数据决定燃料消耗量八、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 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。7.1.2 热平衡框图Qf Q a Q a Q2 QgQ Q18Q3Q4Q5 Q6Q 7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a- 漏入空气带入显热Q3Q- 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

13、- 物化反应耗热8Qg- 废气带走显热Q- 其他热损失2、 热收入项目：（1）制品带入显热 Q 用公式计算每小时入窑干制品：G1=110Kg/车 3.08=338.8(Kg/h)入窑制品含 2% 自由水，每小时入窑的湿制品为：G1=338.8/ （1-0.02 ）=345.71 （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0.841.26KJ/kg*C 范围。现取平均比热 c=0.92 KJ/kg. 入窑制品温度t 1 = 20则 Q1=G1 c t 1=6361.06 （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

14、， 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 158.1 Kg 。G2=158.1*1.5=237（Kg/h)C2=0.845(KJ/kg.) 根据公式可得Q2=237*0.845*20=4005.3 （ Kg/h)(3)燃料带入化学热及显热 Qf;3QD =36000KJ/Bm;入窑天然气温度， t=20查手册，此温度下的天然气平均比热为；Cf=3.12根据公式可得 ;Qf=x(Q D+tfCf)=x(36000+3.12*20)=36062.4x（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-

15、10 求得。3Va=12.286xBm /h助燃空气温度 ta =20查手册，在 20 时空气的平均比热为；Ca =1.30 (kJ/kg.)根据公式可得Qa=Va*Ca*t a=12.286X1.3 20=319 X KJ/h(5) 从预热带不严密处漏漏入空气带入显热 Q.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3 3V=9.524 Bm/Bm ;烧成带燃料燃烧时的空气过剩系数 af=1.293V a=x(2.5-1.29)*9.524=11.52xBm /h漏入空气温度为 ta=20查手册， Ca=1.30kJ/kg.根据公式可得；Q、a=V 、 a*C

16、、 a*t、a=11.52x*1.3*20=299.5xkJ/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/h3、热支出项目 :(1)产品带出显热 Q3出产品带出质量 G3=338.8Kg 出烧成带产品温度 t3=1280 查手册，得产品平均比热； C3=1.20 kJ/kg.根据公式可得： Q3=338.8*1.20*1280=520396.8 kJ/h（2）垫板支柱带走显热 Q4垫板、支柱质量： G4=237kg/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

17、=1.178kJ/kg.根据公式得： Q4=G4*C4*t4=237*1.178*1280=357358kJ/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；3Vm=1552Bm /h离窑烟气体积； Vg=V og+(ag-1)Voax+Vm 离窑烟气温度一般为 200300，现取 tg=250 查手册，此时烟气的平均比热为； Cg=1.44kJ/m3. 根据公式得：o oQg=V g+(ag-1)V ax+Vm*Cg*tg=10.38+(2.5-1)*9.524*x+1552*1.44*250=88

18、80x+558720 kJ/h（ 4）通过窑墙，窑顶散失的热 Qs根据各处材料的不同， 并考虑温度范围不能太大， 将预热带窑墙分为四段计算其向外散热，一侧散热：第一段； 20750，长 15 米， 散热， 8200kJ/h第二段； 750970，长 5.25 米， 散热， 7160kJ/h第三段； 9701280，长 8.25 米， 散热 13600kJ/h第四段； 1280 ，长 3 米， 散热 5800kJ/h一侧总散热： 34760kJ/h两侧总散热： 34760*2=69520kJ/h窑顶按同样原则，计算结果为 112500kJ/hQs=69520+112500kJ/h=182020(

19、5)窑车积蓄和散失之热 Q6去经验数据，占热收入的 25%。（ 6）物化反应耗热和散热之热 Q7不考虑制品所含之结构水 自由水质量 Gw=345.71-338.8=6.91 kJ/h烟气离窑温度 tg=250 制品中 A12O3含水量为 25%。根据公式可得；Q7=Qw+Qr=Gw（2490+1.93tg)+Gr*2100*A12O3%=6.91*(2490+1.93*250)+338.8*2100*0.25=198409.98 kJ/h(7)其他热损失 Q8去经验数据，占热收入的 5%.4、列出热平衡方程式热收入 =热支出 Q1+Q2+Qf+Qa+Qa+Qm=Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q

20、82535+4005+36624x+319x+11.52x+216000=207360+357358+8880x+558720+69520+11250+79079+(2535+4005+36624x+319x+11.52x+216000)*（90.25+0.05 ）移项整理得 16989x=13845373X=51.74, 即每小时需要天然气 51.74 Bm1、 列出预热带及烧成带平衡表如下：热收入热支出项目kJ/h%kJ/h%1.坯体带入显热30980.141.产品带出显热25344011.992.垫板、支柱显热5323.50.252.垫板、支柱显热35735816.903.燃料化学热，显

21、热1865868.687.923.烟气显热515323.224.374.助燃空气显热16505.060.784.窑墙、窑顶散热1820208.605.漏入空气显热15496.130.735.窑车积、散热636687.3930.116 气幕显热21600010.186.物化反应热966424.577.其他热损失73017.53045总计2122291.3100总计2114488.1100九、冷却带热平衡计算冷却带热平衡的计算，其计算方法与预热带，绕成带热平衡计算方法相同。先确定热平衡计算基准： 1h ,0 ；划计算范围：冷却带； 画冷却带热平衡示意图； 列出热收入、热支出的所有项目，然后解热平衡

22、方程式。在这个热平衡方程式中也只能有一个未知数，即冷却空气需要量 Vx ( 或可供干燥的热空气量 ) 。其他一切项目都应已知，或用 Vx 代替，或事先用分段热平衡的办法算出，所以 Vx 可求。 而可供干燥的热空气抽出且是由冷却空气鼓人员和助燃二次空气星决定的，亦可求。热收入的项目为高烧成带而进入冷却带时产品带入显热， 棚板带入显热， 窑车带入显热，冷却空气带入显热等。热支出项目为离窑时产品带出显热，匣钵，棚板带出显热，窃车带出显热，窑堵、窑顶散热、抽送干燥热空气带走显热，作气暮气体带走显热，其他热损失笨。计篡公式同预热带、烧成带。1、热收入项目：（ 1） 产品带入显热 Q3此项热量即为预热、烧

23、成带产品带出显热：Q3= 520396.8 kJ/h(2)垫板、支柱带入显热 Q4此项热量即为预热、烧成带垫板、支柱带出显热：Q4= 357358kJ/h(3)窑车带入显热 Q9预热带、烧成带窑车散失之热约占窑车积、 散热之 5%，而 95%之积热带进冷却带。Q 9= 0.95*Q6 = 0.95*5153323.2 =489557.04 KJ/h（4）冷却带末端送入空气带入显热 Q10，用公式（ 1 62）计算： t a=20，此温度下 空气平均比热查手册为： Ca=1.30KJ/m3* 。Q10=VaCat a=Va1.3 20 =26V a KJ/h2、热支出项目：(1)产品带出显热 Q

24、11出窑产品质量 G 11= 135 Kg/h出窑产品温度 t 11= 80 查手册，此时产品平均比热， C11= 0.896 kJ/kg. 根据公式（ 1-64 ）可得：Q11=G11C11t 11= 165* 0.896*80 = 11827.2 KJ/h(2)垫板、支柱带出显热， Q12出窑垫板、支柱质量： G12= 267 Kg/h出窑垫板、支柱温度：t 12= 80在 80是粘板、支柱的比热为：C 12= 0.84 +0.000264t =0.858KJ/m3* Q 12= G12 C12 t 12= 18326.88KJ/h(3)窑车带走和向车下散失之热 Q13= 此项热量占窑车带

25、入显热的 55%，Q 13=0.55 Q9= 0.55 48955.704 = 269256.37 KJ/h(4) 抽送干燥用的空气带走显热 Q14,该窑不用冷却带热空气作二次空气，且气幕所用空气由冷却带间壁抽出，所以，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：此温度下的空气平均比热为：C14=1.32kJ/Bm3Q14=Va C14t 14=Va1.32 200=264Va kJ/h（5）计算得，冷却带窑墙，顶散热为： Q16=100000kJ/h(6) 抽送气幕热空气带走显热 Q17抽送气幕热空气包括两侧间壁及二层拱内抽出之热空气， 其所带之热由窑墙、窑顶之

26、计算中已知为：、Q17=Q+Q= 216000 kJ/h抽送气幕的热空气体积为；Vm=Vo+Vo 、 = 1552 Bm 3/h(7)其他热损失 Q损取经验数据，占总热收入的 5%3 、 列热平衡方程式热收入 =热支出，即0.95*(207360+357358+688817+26Va)=11827.2+18326.88+269256.37+264Va+100000+216000移项整理得： Va= 1796.6019 Bm 3/h.即每小时有 1796.6 标准立方米， 200 的热空气抽送干燥。4、 列出冷却热平衡表及全窑热平衡表，方法同预热带、烧成带，此处从略。热平衡采用计算机辅助计算， 可节约时间。 并可制成软件包， 便于变更条件时采用十、烧嘴的选用级燃烧室的计算每小时燃料的消耗量求出为： X=73Bm3/h该窑共设 7 对烧嘴。每个烧嘴的燃料消耗量为： 51.7414=3.70（ 1） 选用 DW- -3 型涡流式短焰烧嘴，其生产能力为 18Bm3/h，烧嘴前天然气压力 800Pa，空气压力 2000Pa。与其配合的烧嘴砖厚 230mm。（ 2） 燃烧室体积V=3.7015500/1250000=0.08m3燃烧室深为 :L= 窑墙厚 - 烧嘴砖厚 =1.16-0.23=0.93m燃烧室面积：F=