辊道窑设计计算.docx

1、辊道窑设计计算 我说设计的生产抛光砖的辊道窑，长131m，宽2m，高（辊上，辊下），年生产任务350万片，属大型辊道窑。最高温度为1350，使用的燃料为焦炉煤气。 一：设计任务书及原始资料院（系） 材料学院 2010 年7 月 1日专业无机非金属班级0701学生姓名陈锋指导教师孟献丰老师题目年产360万片抛光砖辊道窑设计主要研究内容和设计技术参数：1.年产量：360万片，每年以350天计算2.坯料组成：SiO2Al2O3Fe2O3K2O+Na2OCaOMgO灼减3产品规格： 60060010mm,单重7. 4公斤；坯体线收缩率：10%4入窑水分：1%5产品合格率：99%6烧成周期：50分钟7温

2、度制度：如下表。（最高烧成温度：1350）温度/40-500500-750750-11001100-13501350保温1350-800800-400400-80时间/min88烧成气氛：全氧化气氛9. 燃料焦炉煤气：CoH2CH4C2H4H2SCO2N2O2比热Qnet(MJ/Nm3)Nm3/10.其他条件自定基本要求（含成果要求）： 独立思考完成； 设计计算准确，窑体结构及工作系统安排合理； 说明书完整详细，并按格式排版打印； 图纸整洁清晰，制图规范，尺寸齐全，计算机打印出图； 设计图纸范围：窑体结构图，窑体断面图。工作进度计划： 共两周。在计算中心进行集中上机（地点：科技馆计算中心），每

3、人20学时。注意： 下午答辩，请将说明书电子稿和CAD绘图文件一起交上，文件名保存为：如陈锋同学的文件名为“无机071陈锋窑炉设计说明书”）， 过期不候。二. 窑体主要尺寸的确定 内宽的确定 窑内宽初步确定内宽 坯体尺寸=产品尺寸/（1-烧成收缩）=600/（1-10%）=为计算窑内宽方便取为667mm，我设计的是两片并排烧，两侧坯体与窑墙之间的距离取185mm，两片砖间距300mm. 所以B=2667+2185+300=2000mm，取B=2000mm。确定内宽窑内宽B=667+2185+300=2000mm，取B=2000mm。 窑体长度的确定 窑体长度的初步确定生产任务G 同一列砖砖距取

4、50 mm ，则装窑密度（件/每m窑长） 所以窑长=129m窑体有效长度的计算因为是辊道窑，设设三个砖为一节，则每节长度为（667+50） 3=2150mm ， 节数=（节）取节数为 60节 。因而窑长度为： mm 再加上进口和出口各两米所以总长为129+4=133m 窑内高度的确定 辊道窑的内高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。内高是制品在窑内传热和烧成的空间，内高必须合理，既能有利于产品换热满足烟气有足够的流动空间，又必须满足一定的烧成空间和冷却空间，所以，内高的确定有一定的原则，经过一段时间的查阅资料，我设计的窑炉内高如下表：位置预热带烧成带冷却带辊上高500mm500mm500mm辊下

5、高700mm700mm700mm总内高1200mm1200mm1200mm三 烧成制度的确定窑炉的烧成制度取决于坯釉料的组成和性质、坯体的造型、大小和厚度以及窑炉结构、装窑的方法、燃料种类等等因素。而烧成制度主要包括温度曲线、压力曲线和气氛控制。烧成制度的制定原则有以下四点： 在各阶段应有一定的升降温速度，不得超过; 在适宜的温度下应有一定的保温时间，以使制品内外温度趋于一致，皆达到烧成温度，保证整个制品内外烧结； 在氧化还原阶段应保持一定的气氛制度； 全窑应有一个合理的压力制度，以确保温度制度和气氛制度的实现。该窑的烧成制度如下: 烧成周期：50min 气氛制度：全窑氧化气氛 各温度带的划分

6、名称温度（/）时间（/min）升温速率（/min-1）节数（/节）窑前带4050018预热带500750913预热带7501100751420烧成带（保温）110013502123烧成带135002435急冷带13508003639缓冷带8004004050缓冷带40080-405060总计5060烧成曲线：见CAD图纸窑体各带长度的确定根据烧成曲线中温度的划分，各段长度：预热带： （节） 取20节烧成带： （节） 取15节 冷却带： （节） 取25节 四：工作系统的确定辊道窑的工作系统包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统等，下面是各系统的初步安排。排烟系统 在预热带第317节设置15对排烟口，每

7、段或在窑顶或在窑底设置一对排烟口，窑顶窑底交错分布。烟气经过各排烟口到窑墙内的水平通道，由第10节的垂直通道进入抽烟机，然后由烟囱排至大气。燃烧系统因所设计的为明焰辊道窑，且使用天然气作燃料，所以采用全部喷入窑道内燃烧的方式，通过烧嘴在燃道中空部分燃烧。在2034节的辊子上下各设24对喷嘴，不等距分布，两侧交错分布。在燃烧带的辊上设置观察孔，以便更好的观察火焰的燃烧情况，便于操作控制。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

8、的。 急冷带 第3639节为7m急冷带，由侧墙上的小孔直接吸入车间冷空气，冷却气体的流动方向与抛光砖的前进方向相同。虽然逆流效率更高，但是逆流温差太大，容易使产品变形，所以要采用顺流。辊上，辊下各设3个内径76mm急冷风管。 缓冷带 第4060为缓冷带，制品冷却到800400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36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。在第4048节各设一对抽风口从4957抽热风冷却。第4958各设一对进风口，自然风冷却。传动系统辊子材质的选择 辊道窑对辊子材料要

9、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（40500和40080 ）无缝钢管辊棒中温段（5001100和800400）氧化铝瓷质陶瓷棒高温段（11001350和1350）碳化硅辊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。因设计的窑道比较长，宽度比较大，本设计辊子的直径要大些，故选用直径为50mm的辊棒，而长度则取2800mm。辊距的确定 为了保证无论何时

10、制品在转动过程中都有3根辊棒，所以应取问产品的1/4以下，即辊距不大于600/4=150mm，考虑到该窑还用于烧制其他规格小的制品，因此，最终确定辊距为：50mm，每节窑为2150/50=43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。该设计选用多电机分段传动分段带动的传动方案。将窑分成30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。五 燃料及燃料计算燃料的组成燃料组成如下表：焦炉煤气：CoH2CH4C2H4H2SCO2N2O2比热Qnet(MJ/Nm3)Nm3/ 燃烧所需空气量该窑用的是焦炉煤气，其低热值为：Q

11、d=17800Kj/Bm3当煤气的低热值大于14650 Kj/Bm3时，用经验公式理论空气量： Va0= m3取空气过剩系数为 Va= Va0= m3 生成烟气量计算烟气量用经验公式，理论烟气量： V0=+= m3 V= V0+(a-1) Va0= m3实际燃烧温度计算 t=空气及燃料温度均按在室温20 时计算，热分解不考虑时,空气比热为CaM3.假设温度等于1700 ，此时Cf= KJ/M3.，代入公式得 t=1786相对误差，|5%，所设合理。取高温系数为，则实际燃烧温度为=1428，比烧成温度1350高78，认为合理。六：窑体材料确定1、窑体材料确定原则窑体材料要用耐火材料和隔热材料。耐

12、火材料必须具有一定的强度和耐火性能以便保证烧到高温窑体不会出现故障。隔热材料的积散热要小，材质要轻，隔热性能要好，节约燃料。而且还要考虑到廉价的材料问题，在达到要求之内尽量选用价廉的材料以减少投资。 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。综合以上原则,我设计的全窑材料及厚度如下表所示:节数窑体位置材料名称使用温度导热率W/（m.）厚度mm密度Kg/m3120和4060窑墙粘土砖1400+10-3t230高纯型耐火纤维针刺毡1100（400）100耐热钢板20窑顶粘土砖

13、1400+10-3t230高纯型耐火纤维针刺毡1100（400）100耐热钢板20窑底高铝砖1500+10-3t113轻质粘土砖1300+10-3t11310002139窑墙硅砖1850+10-3t 230含锆型硅酸铝纤维板1050（1000）120耐热钢板20窑顶硅砖1850+10-3t230含锆型硅酸铝纤维板1350（1000）120耐热钢板20窑底高铝砖1500+10-3t113轻质粘土砖1400+10-3t1131300入口及出口窑墙红砖600+10-3t240窑顶红砖600+10-3t240窑底红砖600+10-3t240七 热平衡计算预热带和烧成带的热平衡计算 热收入项目 （1）

14、制品代入显热 Q1=G1C1t1 kj/h其中： G1湿制品质量(Kg/h) C1制品的比热 t1 制品的温度据物料平衡计算中可知Gsp (Kg/h)；又因为预热带从第1节开始, 此时第1节的温度t120；制品的比热 C1+2610-540=代入数据的 Q1 =(KJ/h)（2）燃料带入化学热及显热QffQfX（Qd+Cftf）其中 X每小时消耗的燃料量m3/h Qd燃料的低位热值KJ/hcf20时的比热KJ/ m3 tf天然气的温度查表可知cf( m3)已知Qd17800KJ/M3，tf20 代入数据得 Qf= (KJ/h)(3) 助燃空气带入显热Qa (KJ/h)故QaVa cata20(

15、KJ/h)(4) 预热带漏入空气带入显热Qa(KJ/h)取预热带空气过剩系数g，漏入空气温度ta20，ca KJ/( m3) 漏入空气总量为Va Mf（g-）Va其中 Va VaX（）=Qa Vacata20 (KJ/h) 热支出项目(1) 产品带出显热Qg（KJ/h）烧成产品质量G3= Ggp（100-5）%=（100-5）%=（KJ/h）制品出烧成带产品温度T21380查表可知：产品平均比热为：c2+2610-51380 KJ/Kg则Q2GmC2T21380880214（KJ/h）(2)烟气带走显热Qg（KJ/h）每小时离窑烟气量：VgVg0+（g-）Va0X+（m3/h）烟气离窑温度一般

16、tg250，查表得此时烟气的平均比热为：cfm3则Qg Vg cf tg250（KJ/h）(3) 物化反应耗热Q4（KJ/h）不考虑制品所含之结构水，自由水质量：Gwh烟气离窑温度：Tg250，(3)-1 自由水蒸发吸热 QwGw（2490+）（2490+250） （KJ/h）(3)-2其余物化反应热Qr用AL2O3反应热,近似代替物化反应热,入窑干制品质量Gg= (Kg/h)AL2O3含量为%,所以Qr=Gg2100AL2O3%=2100%= (KJ/h)所以,总的物化反应耗热Q4Qw+ Qr+ （KJ/h）（4）通过窑墙窑顶散失的热量 根据各处材料的不同，并考虑温度范围不能太大，将预热带和

17、烧成带窑墙分成3段计算，具体结果如下表： 温度范围/长度/m窑墙顶散热/ KJ/h窑底散热/ KJ/h总散热/ KJ/h第一段4075028第二段750110015第三段1100135033Q总= （KJ/h） 其他热损失 Q5 取经验数据，占热收入的5%。 列热平衡方程式 热收入=热支出 代入数据得 （+）=+ 所以X=702 m3即每小时需焦炉煤气702 m3 列热平衡表 预热带烧成带热平衡表 热收入 热支出项目KJ/h% 项目KJ/h %坯体带入显热产品带出显热5146422燃料化学热及显热.4窑体散失热助燃空气显热82134物化反应热漏入空气显热96525烟气带走显热其他热损失总计.1

18、总计 冷却带热平衡计算 计算基准 计算准则： 基准温度 0 基准质量 1小时进入系统的物料 热收入 （1） 制品代入显热Q2制品带入显热在上面已经算出：Q2=5146422 （2） 急冷风窑尾风代入显热设定窑尾风风量为 。一般急冷风风量是窑尾风的 （）。本设计取急冷风风量是窑尾风量的 。急冷风与窑尾的总风量是。查表得 ：20 时空气的比热为 。所以 热支出（1）制品带出显热假设此时的温度为 此时陶瓷的比热为 所以 （2） 窑体散失的热量 根据各处材料的不同，并考虑温度范围不能太大，将冷却带窑墙分成2段计算，具体结果如下表：温度范围/长度/m窑墙顶散热/ KJ/h窑底散热/ KJ/h总散热/ K

19、J/h急冷带1350800缓冷带8008045 Q总=（3） 由窑体不严密处漏出空气带走显热 冷却带从窑体不严密处漏出空气量通常为窑尾鼓入风量的10%20% 。本设计取 15%，即 。设定漏出空气的平均温度 此时空气的比热容为 所以 （4） 从窑道内抽出空气带走显热 假定抽出热空气平均温度 查得此时空气比热容： 根据冷却带窑内风量平衡 ：抽出热风量= 总风量 漏出风量 （）所以 （5） 其他热损失 其他热损失占总收入的 5 %所以 列热平衡方程 解得 列热平衡表 热收入热支出序号项目热量（KJ/h）比例%序号项目热量（KJ/h）比例%1制品带入热51464221制品带出热2空气带入热2窑体散热

20、3漏出空气带走热4抽出带走热5其他热损失5总计总计942314100八 烧嘴选用每小时燃料消耗量为 x=702考虑到烧嘴的燃烧能力和烧嘴燃烧的稳定性取安全系数本设计一共设置了48对（96个）烧嘴。每个烧嘴的燃料消耗量为： （）烧嘴的热负荷： 所以本设计采用北京神雾公司的WDH-TCC2型烧嘴。该烧嘴技术性能如下：热负荷燃气助燃空气流量调节比例火焰长度火焰锥角炉膛温度流量压力流量温度压力2104Kcal/hBm3/h1000Pa24Bm3/h常温35015003500 Pa1：62003000701800所以该烧嘴符合本设计要求。九 小结通过这次课程设计，我把以前学过的所有知识作了个全面的检阅，通过相互的沟通和比较，使我更加深了对陶瓷工业知识的理解和掌握。我花了大量时间去阅览有关的资料，进行了综合性思考。在写论文过程中不止一次的遇到问题，又不止一次的解决问题，自己着实学到了些东西，这些东西是经过自己的实践才领悟的，可以说是是理论与实践的结晶。在我整个设计的过程里得到了孟献丰老师的大力帮助，我在这里要感谢我的指导老师孟老师给予我的耐心指导，感谢同学们在设计过程中给予我的帮助！