隧道窑设计说明书.docx

1、隧道窑设计说明书2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计2 设计任务书专 业 热能动力 班 级学生姓名 指导教师题 目 年产 30万件卫生洁具天然气隧道窑炉设计主要研究内容和设计技术参数：1、产品：卫生洁具（产品结构自定） ；2、产量： 30 万件/年；3、年工作日： 330 天；34、燃料：天然气； Qnet,ar=36000KJ/ M5、烧成合格率： 92%；6、坯体入窑水分： 2. 2%；7、烧成周期：自定； 17 小时8、氧化气氛烧成；9、烧成温度： 1220。基本要求（含成果要求） ：1、认真思考，独立完成；2、编写详细设计说明书，含设计计算、材料概算等

2、并要求应用计算机计算、处理和分析。说明书采用学院规定的统一格式，一律用 A4纸打印；3、绘制窑炉设计图纸，包括刚架结构、窑炉砌体、排烟通风系统、异型砖及燃烧器等；#4、全部图纸要求上墨加黑并至少要有一张 AutoCAD制作的 1图纸，要求视图关系正确、尺寸标注完整，图纸中阿拉伯数字和汉字的书写等必须符合相关国标；5、要求完成 20003000字的英文文献调研报告和至少 2000 个英文字符的毕业设计摘要。工作进度计划：1、第 14 周：毕业实习，收集相关资料；2、第 56 周：查找资料，确定方案；3、第 78 周：进行初步设计计算；4、第 910 周：详细计算并设计草图；5、第 1115周：完

3、成全部图纸；6、第 1617 周：图纸上墨，编制设计说明书；7、第 18 周起：整理全部材料，准备答辩。- 1 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计3 原始数据3.1 坯料组成:SiO2 AL 2O3 CaO MgO FeO K2O Na2O TiO 2 灼失65.7 20.04 0.32 0.23 0.34 3.12 0.20 4.9 4.83.2 线收缩率线收缩率为 11%3.3 烧成周期烧成周期为 17 小时，可调3.4 燃料天然气组成： CH4 C2H6 H2S CO2 N2 其它86.8% 0.11% 0.879% 4.437% 8.1% 0.34

4、3%3.5 烧成工艺确定 (见图(3-1)烧成温度曲线 )20 450 2.3 小时 预热带450600 1.3 小时 预热带600900 1.8 小时 预热带9001220 2.6 小时 烧成带12201220 1.5 小时 烧成带1220800 1.6 小时 急却带800500 3.0 小时 缓却带500350 1.4 小时 冷却带35080 1.5 小时 冷却带- 2 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计图3-1 烧成温度曲线- 3 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计4 窑体主要尺寸的确定3.6 棚板和立柱的选用根

5、据原始数据，采用裸烧方式即可满足要求，选用棚板的材料是堇青莫来石板，立柱的采用的是堇青莫来石空心立柱，其体积密度为 2.0 g/cm 3。棚板尺寸： 690 450 38 mm支 柱： 85 85 500mm横 梁： 950 30 30mm支 帽： 105 105 27mm3.7 窑长及各带长65.8 装车方法在窑车的长度方向上设置 2 块棚板，宽度方向上设置 7 块棚板。棚板间的间隙在长度方向上为 60mm，在宽度方向上为 10mm，由此确定窑车车面尺寸为：长： 690 2+60=1440 取1500mm宽：450 710 6=3210mm65.9 窑长的确定每车装载制品数为 13 件。窑长

6、 L=生产任务年工作日 烧成时间成品率 装窑密度=300000330 24170 .9286.913=80.76m窑内容车数： n=80.76/1.5=53.84辆，取 54辆。全窑不设进车和出车室，所以窑有效长为 54 1.5=81m 取 82m- 4 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计3.8 各带长度的确定根据烧成曲线：预热带长 =（预热时间 总长） /总烧成时间 = 5.4 82/17=26m烧成带长 =（烧成时间 总长） /总烧成时间 =4. 1 82/17=20m冷却带长 =（冷却时间 总长） /总烧成时间 = 7.5 82/17=36m65.1

7、0 窑车车面尺寸86.10 窑车窑内容车数 54 辆，则推车时间： 17 60/54=18.8 min/车；推车速度： 60/18.8=3.2 车/小时。窑车架高 225mm，窑车衬面边缘用三层的轻质砖共 260mm，在窑车的中部铺 4 层硅酸铝纤维棉和 1 层函锆纤维毯。窑车总高为： 225+260=485mm在车面与棚板间留火道，其高度为 300mm。86.11 确定窑截面的尺寸根据窑车和制品的尺寸，窑内宽 B 取 3550mm。86.12 窑车车面上窑墙高设计由窑车平面至窑顶设计尺寸：由于连体座便器尺寸的不确定性，其高度一般在700mm 到 800mm 左右，故取预热带、冷却带： 120

8、0mm，为了加强传热，烧成带加高100mm，所以取 1300mm。65.11 全窑高窑全高（轨面至窑顶）：预热带、冷却带为 1200+485=1685mm；烧成带为1300+485=1785mm。- 5 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计5 窑体及工作系统的确定3.9 窑体以 2 米为一个模数单元节，全窑 76 米，共有 38 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。65.12

9、钢架每一钢架长度为 2 米，含钢架膨胀缝。全窑共 38 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。65.13 窑墙窑墙采用轻质耐火隔热材料。常用材质如下：堇青莫来石板、莫来石绝热砖、聚轻高铝砖、轻质高铝砖、轻质粘土砖、含锆散棉、硅酸铝棉等耐火材料。窑墙砌筑在钢结构上。每隔两米留设 20mm左右的热膨胀缝，用含锆散棉填实。窑墙最外面用 10mm 厚的碳酸钙板。65.14 窑顶窑顶是由吊顶板或吊顶砖和角钢或细钢筋等组成的平顶结构。 角钢直接焊

10、接在窑顶钢架上，细钢筋则是做成钩状挂在窑顶钢架上。吊顶板或吊顶砖与角钢或细钢筋紧固。这样，窑顶的重量也由钢架承担。在窑顶上，铺厚度适宜的保温棉和耐火棉，窑体材料的轻质化，可大大减少窑体蓄热。65.15 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。65.16 测温孔为了严密监视及控制窑内温度和压力制度，及时调节烧嘴的开度，一般在窑道顶及- 6 -2009 年热能工程系毕业设计说

11、明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计侧墙留设测温孔安装热电偶。测温孔的间距一般为 3-5 米，高温段布置密集些，低温段布置相对稀疏。本设计在窑体的第 1 节13 节，在第 1 节设置一处测温孔，接下来每隔一节设置一处测温孔，共 7 处测温孔；在进入烧成带之后的第 14 节与 16 节各设置一处测温孔，第 18、20、22 节的窑顶和窑侧墙处设置测温孔，共 6 处测温孔；第 24，26，28，31，33，35，37，38 节各设置一处测温孔，共 8 处测温孔。因此在烧成曲线的关键点，如窑头、氧化末段、晶型转化点、成瓷段、急冷结束等都有留设。3.10 曲封、砂封和车封窑墙与窑车之间、窑车与窑车之

12、间做成 曲折封闭 。曲封面贴一层高温耐火棉。窑车之间要承受推力，所以在窑车接头的槽钢内填充散棉，以防止上下漏气。砂封是利用窑车两侧的厚度约 68mm 的钢制裙板， 窑车在窑内运动时， 裙板插入窑两侧的内装有直径为 13mm 砂子的砂封槽内，隔断窑车上下空间。砂封槽用厚度3mm 左右的钢板制作而成，且留有膨胀缝。在预热带头部缓冷段头部的窑墙上各设置一对加砂斗。3.11 窑炉基础窑炉基础、拖车道基础、回车线基础用毛石、混凝土或钢筋混凝土、三七灰土三层夯实。65.17 排烟系统为了更好的利用烟气的热量能， 采用分散排烟 的方式。 在预热带 16 节设 17 对排烟口，烟气由各排烟口经窑墙内水平烟道进

13、入窑内垂直烟管，汇总到排烟总管由排烟机抽出， 送到成型车间干燥坯体 。65.18 气幕的设定1 号车位窑头设封闭气幕 。考虑到烟气温度不是很高，故窑顶采用钢板风盒，出风与进车方向成 45 度角；窑两侧墙内竖插管道，管壁开孔与进车方向成 45 度角。封闭气幕的风源为外界空气。65.19 燃烧系统此窑采用小功率多分布高速调温烧嘴的布置方式。两侧垂直和水平交错排列，这样有利于均匀窑温和调节烧成曲线。下部烧嘴喷火口对准装载制品的下部火道，上部烧嘴喷火口对准装载制品上方的部分。- 7 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计烧嘴砖直接砌筑在窑墙上，采用刚玉莫来石材质。烧嘴

14、的具体布置情况为： 817 节下部设置 15对共 30 只，1823 节上部设置12 只，下部设置 12 对共 24 只。预热带带前部的部分烧嘴和烧成带上部烧嘴可能不开，为调节烧成曲线，增加产量留设备用。助燃风全部为外界空气。3.12 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 ，余热风可供干燥用，达到节能目的。65.20 急冷段采用直接向窑内吹入冷风的方式，共设置了 14 对急冷风管 ，直接向窑内喷入冷风。并设置 四对侧部抽热口 。65.21 缓冷段制

15、品冷却到 800500范围时， 是产生冷裂的危险区， 应严格控制该段冷却降温速率。为了达到缓冷的目的，本设计采用间壁冷却的形式，在 29至 34 节设置 3 组中空墙来进行 间壁冷却 。65.22 快冷段在 35-38 节分上下两排设置 18 对快冷风管，气源为外界空气。并在顶部设置抽热口，由抽热风机送至干燥室。65.23 窑尾段在 40-41节设置 4 对轴流风机 ，直接对窑内的制品进行冷却，以保证制品的出窑温度低于 80。3.13 车下风系统车下风风源为室内冷空气。在 1827 节，由车下风风机抽冷空气直接送至窑下，每隔 1m 开一个车下风孔。- 8 -2009 年热能工程系毕业设计说明书

16、 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计3.14 输送系统及附属装置隧道窑内铺设轨道，轨道安放在钢架上的轨道垫板上，用螺丝联结并焊接。窑车是制品运输的载体。窑车底架由槽钢、钢板等经螺丝联结、焊接而成。在窑头和窑尾各有一手动拖车道， 每拖车道上有一辆拖车。 窑外有一条手动回车线。拖车轨道和窑内轨道和回车线轨道相连接，并在同一水平面上。空窑车在回车线上装载制品，然后推到拖车上，将拖车推到窑头，再用顶车机将窑车推入窑内，窑车从窑尾出来经拖车道送至回车线，并在回车线卸载制品。窑头装有油压顶车机。根据设定好的推车速度，顶车机将窑车顶入窑内。顶车速度可调。拖车道和回车线轨道直接装在轨道垫板上。在自动回车线上设置

17、有一个窑车下检查坑道，深约 1.5 米，其长宽尺寸约同窑车大小，用来检修运行不良的窑车。在回车线前部和后部，各设置一道安全检查门，其断面尺寸和窑头断面、曲封尺寸一致。检查门用多块薄钢板制作而成，用螺丝联结，可以调整其高度和宽度。3.15 控制和调节系统65.24 工作原理本窑的控制系统采用分散控制的方法，既可在控制柜内统一控制，也可进行现场控制。该系统主要包括动力控制、热工控制、报警装置及安全保护系统。65.25 动力控制所有风机均采用直接启动方式， 手动控制，在窑炉控制柜上设置风机开启 /关闭按钮，直接集中控制和统一调节。只要按一下某风机启动按钮，与该风机配套的接触器衔铁便接通风机电源。65

18、.26 运行安全保护系统及报警系统为了保证该隧道窑在正常工作条件下安全运行， 防止窑炉在燃烧系统的某一环节出现故障时供天然气的部分继续向窑炉烧咀供应天然气而造成损坏或事故。 本窑设有安全运行保护系统，当出现故障时，要立即关闭天然气主管上手动阀门，从而关闭天然气。此外，为严密监控窑各关键部位的运转情况，本窑设置了故障报警系统。控制柜上设置有报警显示仪：当监视的任一部件出现故障时，即出现声光报警，以便操作人员及时发现和处理故障。- 9 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计3.16 热工控制系统65.27 烧成带温度的控制本窑共设有 8 个控制回路（, 其中 5

19、点为自动控制回路）对各控制点是进行独立控制，5 点均用于窑段对应的调节单元的温度调节，只需调节燃气量，就可达到调节窑温的目的。现就一个单元简述一下温度调节的过程 : 每个温度调节单元主要有温控调节器、执行器、执行器带动的蝶阀、烧咀和热电偶几个主要部分组成。调节单元正常工作时，温控调节器中要输入一个设定温度值，单元热电偶来实测窑内本单元的温度，并通过温度传感器把该温度的毫伏信号送回到温控调节器，使其与设定温度比较，如果实测温度低于设定温度，温控调节器就会输出一个信号，使执行器带动蝶阀向开大天然气的方向变化，直到实测温度与设定温度相同。如果实测温度高于设定温度，调节过程与此类似，只是电动执行器带动

20、蝶阀向开度小的方向变化，以减少烧咀喷出的天然气量，使窑温下降。65.28 预热带和冷却带的温度控制预热带和冷却带温度控制的手段主要是通过调节排烟总闸、排烟支阀、各种气幕、抽余热总闸、支阀以及冷却风闸等来实现的。所有闸板和阀门都标记有刻度线，方便调节。- 10 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计6 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。表 61 窑体材料和厚度表窑墙 窑顶轻质 聚 轻 轻质 硅 酸 硅 酸 该段

21、 堇 青 莫 来 硅 酸 该段 高铝 高 铝 粘土 铝棉 钙 硬 厚度 莫 来 石 绝 铝 纤温度段 长度砖 砖 砖 板 石 板 热 砖 维 ( ) (m)(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) （mm) （mm) (mm)20-900 26 114 230 10 354 20 230900-1220 20 114 230 100 10 454 230 2301220-800 8 114 230 100 10 454 230 230800-80 28 114 230 10 354 20 230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

22、程中不氧化不落脏掉渣， 不污染烧品， 是在 1300以下烧成陶瓷制品最理想的材料。- 11 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计7 燃料燃烧计算3.17 助燃空气量计算3所用燃料为液化气，低位发热量： Qnet,ar=110000KJ/m。查工具书，得理论空气燃烧0=0.264*计算式，VaQnet,ar1000+0.02 (m 3/ m3)3/ m3)0=0.264* 36000 1000则理论空气需要量为： Va+0.02=9.524 (m 3/ m3)3/ m3)取空气过剩系数为 1.2 ，则实际需要空气量为：Va=qv,a=Va0=1.2*9.524

23、=11.4288 (m3/ m3)3.18 烟气量计算查工具书，得理论空气燃烧计算式，V0=0.264*Qnet,ar1000+1.02 (m 3/ m3)3/ m3)0 =0.264* 36000 1000则理论烟气量为： V+1.02=10.524 (m3/ m 3)实际烟气量为： V= V0+（-1）Va0=10.524+（1.2-1）*9.524=12.4288 (m3/ m3)3.19 燃烧温度计算t=（QDw+VaCata+CfTf）/（VC）查表在 t=1730时的烟气比热为 C=1.64 kJ/(Nm3?)，在室温 20时空气比热为3?)，天然气的比热为 Cf=1.56 kJ/

24、(Nm3?) ，代入公式得 Ca=1.30 kJ/(Nmt=(36000+11.428 1.30 20+1.56 20)/（12.4288 1.67）=1782相对误差为：（1782-1730）/1782=2.9%5%，认为合理。取高温系数 n=0.8，则实际燃烧温度为 tp=tth=0.8*1782=1425.6。65.291220=205.6，比烧成温度高出 205.6，认为合理。- 12 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计8 物料平衡计算3.20 每小时烧成干制品的质量G =推车速度 每车载重 =3.2*450=1440 kgm每小时进 3.2 车，

25、每车装载制品 450kg3.21 每小时入窑干坯的质量100G1= Gm100IL=1440100100 4.8=1513 kg/h3.22 每小时欲烧成湿制品的质 量100G2= G1100=1513100100 2.2=1547kg/h3.23 每小时蒸发的自由水的质量GW= G2- G1=15471513=34 kg/h3.24 每小时从精坯中产生的 CO2 的质量65.30 每小时从精坯中引入的 CaO 和 MgO 质量 计算G CaO= G1CaO%=1513 0.32%=4.8416 kg/hG MgO = G1MgO%=1513 0.23%=3.4799kg/h65.31 产生的

26、 CO 2 质量Mco2 GGco2 = Gc a oMc oaMco2MgO MMgO=7.63kg/h3.25 每小时从精坯中排除结构水的质量 GipGip=G1IL%- Gco 2 =15134.8%-7.63=64.994kg/h3.26 窑具的质量 Gb每车有 20个火道支柱， 20 个支帽，12 根横梁， 14 块棚板。共重约 300 kg，Gb=3003.2=960kg/h- 13 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计9 预热带和烧成带的热平衡计算3.27 确定热平衡计算的基准、范围本次计算选用 1 小时为计算基准，以 0作为基准温度。以预热带

27、和烧成带为计算范围。3.28 热平衡示意图Qf Qa Qa QsQ1 QQ2 Q8Q3 Q4 Q5 Q6 Q7图 9-1 预热带和烧成带的热平衡示意图Q1坯体带入显热；Q2硼板、支柱等窑具带入显热；Q3产品带出显热；Q4硼板、支柱等窑具带出显热；Q5窑墙、顶总散热；Q6物化反应耗热；Q7窑车蓄热和散失热量；Q8其他热损失；Qg烟气带走显热；Qf燃料带入化学热及显热；- 14 -2009 年热能工程系毕业设计说明书 82 米天然气卫生洁具隧道窑设计Qa助燃空气带入显热；/Q a预热带漏入空气带入显热；Qs气幕、搅拌风带入显热；3.29 热收入项目65.32 坯体带入显热 Q1Q1=G1C1T1

28、（kJ/h）其中：G1入窑制品质量（ Kg/h）；G1=1547 Kg/h；T1入窑制品的温度（） ；T1=40C1入窑制品的平均比热（ KJ/（Kg ）；T1=40时，C1=0.92KJ/（Kg）；Q1=G1C1T1=15470.92 40=56929.6 （kJ/h）65.33 硼板、支柱等窑具带入显热 Q2Q2=G2C2T2（kJ/h）其中：G2入窑硼板、支柱等窑具质量（ Kg/h）；G2=960 Kg/h；T2入窑硼板、支柱等窑具的温度（） ；T2=40C2入窑硼板、支柱等窑具的平均比热（ KJ/（Kg ）；碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算：C2=0.963+0.000147t=

29、0.963+0.000147 40=0.968 KJ/（Kg）Q2=G2C2T2=9600.968 40=37171.2 （kJ/h）65.34 燃料带入化学热及显热 QfQf=（Qnet,ar+Tf Cf）x （kJ/h）其中： Qnet,ar所用燃 料低位发 热量（ KJ/m3 ）；燃 料为天 然气， 低位发热 量为：3； Qnet,ar=36000KJ/mTf入窑燃料温度（） ；入窑天然气温度为 Tf=20；Cf入窑燃料的平均比热容（ KJ/（Kg ）；查表，Tf =20时天然气平均比热容为：Cf=1.56 KJ/（Kg）；x设每小时天然气的消耗量为 x（m3/h）；Qf=（Qnet,ar+Tf Cf）x=（36000+201.56）x=36031x kJ/h- 15 -2009 年热能