窑炉设计 隧道窑.docx

1、窑炉设计 隧道窑洛阳理工学院隧道窑课程设计说明书题目：年产30万件蹲便器隧道窑设计学 号：B07010221姓 名：李志博院 （系）：材料科学与工程学院专 业：无机非金属材料工程指导教师：钱跃进1 前言12 设计任务与原始资料43 窑体主要尺寸的确定5 3.1 装车方法 3.2 窑车尺寸的确定 3.3 窑主要尺寸的确定3.4 各带长度的确定3.5 推车时间4 烧成制度的确定5 工作系统的确定 5.1燃烧系统5.2排烟系统5.3其他附属系统结构5.3.1 事故处理孔5.3.2 测温测压孔及观察孔5.3.3 膨胀缝5.3.4 挡墙5.3.5 窑体加固钢架结构形式6 燃料及燃烧计算 6.1 空气量的

2、计算6.2 烟气量的计算 6.3 理论燃烧温度的计算7 窑体材料及厚度的确定8 热平衡计算8.1 预热带及烧成带热平衡计算8.1.1 热平衡计算基准及范围8.1.2 热平衡框图8.1.3 热收入项目8.1.4 热支出项目8.1.5 列出热平衡方程式8.1.6 列出预热带烧成带热平衡表9 冷却带热平衡9.2.1 热平衡计算基准及范围9.2.2 热平衡框图9.2.3 热收入项目9.2.4 热支出项目9.2.5 列出热平衡方程式9.2.6 列出冷却带热平衡表10 烧嘴的选用11总结12参考文献二 设计任务与原始资料2.1 课程设计的目的与任务 本课程的目的是对学生学习陶瓷工业热工设备课程的最后总结，

3、学生通过课程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。2.2 设计基本要求2.2.1课程设计应当成为创造性劳动，应表达出自己的设计思想，而不是简单地照搬现成的资料，独立思考完成，杜绝抄袭往届的课程设计。2.2.2 窑炉结构和工作系统合理，设计计算正确，独立完成，大胆创新2.2.3 图纸：清晰干净，制图规范，尺寸齐全；图纸文字一律仿宋字体，各字体大小参考机械制图书；图纸上墨。2.2.4 设计图纸范围：窑体结构图，窑体主要断面图。2.3 设计任务年产300

4、000件蹲便器天燃气隧道窑设计2.4 原始数据 产品尺寸：600*400*300 产品质量4公斤/件；入窑水分：2%产品合格率：90%烧成制度：烧成周期：18小时，最高烧成温度：1250窑具：窑车三 窑体主要尺寸的确定3.1 装车方法由于产品不能承受较大压力，为了便于装车和便于控制和测量温度及气氛，采用顺序单层次装车方案：沿长度方向上装6列棚板，沿宽度方向上装3排棚板，高度方向上装4层。3.2 窑车尺寸的确定取制品与制品间间距为50mm窑车车面尺寸为：长 Lc=300*5+4*50=1700mm， 宽 Lb=600*3+50*2=1900mm。3.3 窑主要尺寸的确定取制品与窑顶间间距为100

5、m。窑内高：H=4*（175+25）+100=900mm。取车台面高为400mm。窑高：400+H=1300mm。取窑车也窑墙间距为75mm。窑内宽：B=600*3+50*2+75*2=2050mm。为改善窑内传热，使制品在烧成带受热均匀。烧成带窑内宽加宽300mm，取2800mm。全窑制品数：G=300000/24/330=37.9件。每车制品数：Gc=3*5=15件。装窑密度：=15/2.02=7.43件/米。窑内存车数：Nc=101/2.02=50辆，取50辆。窑的有效长度：L=50*2.02=101m，实际长度取101m。3.4 各带长度的确定预热带：Ly=101*10/18=56.1

6、米，实际取57米。烧成带：LS=101*4/18=22.4米，实际取23米。冷却带：LL=101-57-23=21米。3.5 推车时间每车用时：18*60/50=22min。设室内1/3的窑车数为备用车，则共需窑车数为50+16=66辆。四 工作系统的初步确定5.1 燃烧系统在烧成带20-35号车位设10对烧嘴，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。5.2排烟系统在预热带2-18号车位设17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，由3、6、9号车位的垂直烟道经窑顶的金属管道至排烟机，然后由铁皮烟囱排出至大气。排烟机与铁皮烟囱皆设于预

7、热带窑顶的平台上。在冷却带的第35-43车位处设有21米长的间壁急冷段，由间壁上的7对小孔直接吸取车间冷空气。同时，在同一段的窑顶有一段15米长的急冷风口，将排出去的热空气经窑顶上的金属管道送往预热带蹲气幕。自40-49号车位设有4对热风抽出口，每车位对应一对。5.3其他附属系统结构 5.3.1 事故处理孔事故处理孔尺寸为：宽500毫米，高1250毫米，分别设在18号车位和34车位。5.3.2 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，低温段稀疏，高温处密集，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。5.3.3 测压孔压力制度中零压面的位置控制特别重要，一

8、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。5.3.4 膨胀缝窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免窑体开裂，挤坏，必须留设膨胀缝。分别在4、8、11、14、16、18、21、24、29号车位设置20mm的膨胀缝。5.3.5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,采用耐高温硬质陶瓷纤

9、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。全窑共设置5对闸板和挡火墙结构，分别设置在9-10节、13-14节、23-24节、28-29节。5.3.6 钢架结构遂道窑钢架结构起着加固窑体作用，而钢架本身又是传动系统的机身。本设计采用金属框架装配式钢架结构，立柱用2.5t7550mm方钢、上横梁用2.3t5050mm方钢、下梁用2.5t10050mm方钢。在一节窑体钢架中，每侧共有立柱3根，两头每个立柱上开有攻M12螺栓节间联接的6个孔。下横梁每节共3根，焊在底侧梁上，下横梁上焊有5050mm的

10、等边角钢作底架，以便在其上搁置底板。上下侧板可用23mm钢板冲压制成，吊顶梁采用50505mm的等边角钢。五燃料燃烧的计算6.1 空气量的计算6.1.1 理论空气量：VV=0.5CO+0.5H2+2CH4+(m+)CmHn+1.5H2S-O2*=0.5*6.8+0.5*57+2*22.3+(m+)*2.9+1.50.2-0.8*因为组分CmHn的化学式不明确，所以采用经验数据进行计算。据Qnet=17.52MJ/Nm312.56MJ/Nm3,所以：V=0.26*-0.25=4.3Nm36.1.2 实际空气量Va 设空气过剩量系数为r=1.25 Va=r* V=5.38（Nm3/ Nm3）6.2

11、 烟气生成量的计算6.2.1 理论烟气量VoVo=0.272*+0.25=5.0 Nm36.2.2 实际烟气量V 又=1.25 V=Vo+（1.25-1）V=6.075 MJ/Nm36.3 燃烧温度的计算6.3.1 燃料的成分及热值 6.3.2 理论燃烧温度Tth假定空气不预热ta=20 此时 Ca=1.30 KJ/Nm3.天燃气 tf=20 KJ/Nm3 Cf=1.41 KJ/Nm3烟气 tc=1210 Cc=1.58 KJ/Nm3则Tth= = =1830.9相对误差 =33.9%5%应当再进行计算：取烟气 tc=1700 Cc=1.65 KJ/Nm3. KJ/Nm3.则Tth= = =1

12、753.26相对误差 =2%5%符合计算要求，即Tth=1753.26.6.3.3 实际燃烧温度Tp隧道窑的高温系数取：=0.8则Tp=Tth*0.8=1402.6比制品烧成温度高了152.5.所以，空气和燃料可不用事先预热亦可达到烧成温度的要求，即先前的假设是正确可取的。六窑体材料的确定根据各带的温度对窑墙、窑顶的要求，考虑砖型及外观，以及经济等因素，窑体材料的选择和参数列于下表：温度范围长度范围窑壁材料厚度窑顶材料厚度钢板粘土砖轻质粘土砖高铝砖红砖硅藻土转钢架轻质粘土砖石棉粘土砖20-9000-3530320450100*100150350900-121035-5530500220100*

13、1004002001210-8055-9630220200100*100250图表4 窑体材料材质及厚度七热平衡的计算8.1 计算基准8.1.1 热平衡的计算标准：计算时间基准：1h 计算温度基准：08.1.2 热平衡计算范围：Q预热带和烧成带，不包括冷却带，冷却带另外单独计算。QaQf8.1.3 热平衡收支图Q1Qg热收支平衡图Q8Q2Q3Q4Q5Q7Q6Q1=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Qg=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表5 热

14、平衡收支示意图18.2 热收入8.2.1 坯体体带入的显热 坯体入窑时的热数据：温度t1 20 比热c1 0.9kJ/kg. 每小时入窑干制品的质量G1 2400kg/h 则Q1=G1*c1*t1=43197kJ/h。8.2.2 棚板带入的显热棚板入窑时的热数据：温度t2=20比热c2=0.75 kJ/kg.每小时入窑棚板的总质量G2=1147.5kg/h则Q2=G2*c2*t2=17212.5kJ/h。8.2.3 燃料带入的化学热及显热Qf 设每小时需天燃气XNm3/h： 燃料的化学热数据：Qnet=17520kJ/ Nm3； 温度tf=20；比热cf=1.41kJ/ Nm3.；则Qf=X*

15、(Qnet+tf*cf)=X*17548.2kJ/h。8.2.4 助燃空气带入的显热Qa 助燃空气热数据：温度ta=20； 比热ca=1.29 kJ/ Nm3.； 每小时需助燃空气量Va=5.38X； 则Qa=Va*ca*ta=X*138.8 kJ/h。8.2.5 漏入空气带入显热Q 取预热带烟气中空气过剩系数g=2.5,； 取烧成带燃料燃烧时空气过剩系数f=1.29； 漏入空气的热数据：温度t=20；比热c=1.29 kJ/ Nm3. 每小时漏入空气量V=X*(g-f)* V=X*6.9 Nm3/h； Q= V*c*t=X*178 kJ/h。8.2.6 气幕空气带入显热Qm用作气幕的气体为冷

16、却段急冷段处抽出来的热空气，其带入的显热由冷却带热平衡计算。 Qm=7200*cm*tm =2358000kJ/h.8.3 热支出8.3.1 制品带出显热Q3离开烧成带制品的热数据：温度t3=1210；比热c3=0.92 kJ/kg.； 烧成制品质量G3=2282.4 kg/h；则Q3= G3*c3*t3=2540767.7 kJ/h.8.3.2棚板带走显热Q4离开烧成带棚板的热数据:温度t4=1210；比热c4=0.80 kJ/kg.；棚板质量G4=1147.5kg/h;则Q4= G4*c4*t4=1110780 kJ/h.8.3.3 烟气带走显热Qg烟气包括燃料燃烧产生的烟气、预热带从不严

17、密处漏出烟气，还有用于气幕的空气，其中气幕空气体积有冷却带热平衡计算： Vm=72000 Nm3/h. 离窑烟气热数据：温度tg=250；比热cg=1.32 kJ/ Nm3.；体积Vg=V+(g-1)*V*X+Vm Nm3/h；则Qg=Vg*cg*tg=2004.75*X+330*Vm。8.3.4 窑车积散热Q6 采用经验计算方法：窑车积散热占总热收入的25%。8.3.5 通过窑墙窑顶散失的热Q5因各段窑墙窑顶的筑炉材料不尽相同，因此各段散热应加以分别计算。8.3.5.1 预热段窑墙材料热数据：窑墙厚S1=1+2+3=30+320+450=800mm温差t2-t1=900-20=880导热系数

18、1=43.2，2=0.33，3=0.7窑墙面积S1=108.5m2则热流量q1=545.5W/m2窑墙散热Q1=q1*S1=59186.75 kJ/h. 窑顶材料热数据：窑顶厚S2=1+2=150+350=500mm 温差t2-t1=880导热系数1=0.073，2=0.7窑顶面积S2=115.5m2则热流量q2=344.45W/m2窑顶散热Q1=q2*S2=39784 kJ/h.8.3.5.2 烧成段窑墙材料热数据：窑墙厚S1=1+2+3=30+220+500=750mm温差t2-t1=1210-20=1190导热系数1=43.2，2=0.105，3=0.092窑墙面积S1=76m2则热流量

19、q1=158W/m2窑墙散热Q1=q1*S1=12009.5 kJ/h. 窑顶材料热数据：窑顶厚S2=1+2=200+400=800mm 温差t2-t1=1190导热系数1=0.073，2=0.092窑顶面积S2=72m2则热流量q2=168W/m2窑顶散热Q1=q2*S2=12088.8kJ/h.8.3.6 物化反应耗热Q7入窑水分：1% 取0.8%自由水质量Gw=0.008*G1=19kg/h。制品中含Al2O3，r=17.5%根据经验公式：Q7=Qw+Qr=Gw（2490+1.93tg）+Gr*1200*r=212062kJ/h.8.3.7 其他热损失Q8采用经验计算方法，其他热损失占总

20、热收入的5%。8.4 热平衡方程Q收=Q支Q收=Q1+Q2+Qf+Qa+Q=Qg+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8=Q支 解得X=179.3m38.5 热值收支表图表6 热值收支表1八冷却带热平衡的计算9.1 计算基准9.1.1 热平衡的计算标准：计算时间基准：1h 计算温度基准：09.1.2 热平衡计算范围：Q10预热带和烧成带，不包括冷却带，冷却带另外单独计算。Q99.1.3 热平衡收支图Q3Q16热收支平衡图Q17Q4Q11Q12Q13Q15Q14Q3=坯体带入的显热Q4=棚板带入的显热Q9=窑车带入的显热Q10=冷却带末端送入空气带入的显热Q11=坯体带出的显热Q12=棚板等带出显热

21、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 热平衡收支示意图29.2 热收入项目9.2.1 坯体带入显热Q3 Q3即为烧成带坯体带出的显热,即： Q3=2540767.7 kJ/h。9.2.2 棚板等带入显热Q4Q4即为烧成带棚板带出的显热，即： Q4=1110780 kJ/h。9.2.3 窑车带入显热Q9 Q9即为烧成带窑车带出显热，即： Q9=Qsum*0.25*0.959.2.4 冷却带末端送入空气带入显热Q10 送入空气热数据：温度ta=20； 比热ca= 1.29kJ/ Nm3.。送入空气量Vm=

22、7200 Nm3/h.则Q10=Vm*ta*ca=26*Vm= 187200 kJ/h.9.3 热支出项目9.3.1 坯体带出显热Q11 出窑制品热数据：温度t11=80；比热c11=0.905 kJ/kg. 出窑制品的质量G11=2281kg/h 则Q11= G11* c11* t11=165166.5 kJ/h.9.3.2 棚板等带出显热Q12 棚板的热数据：温度t12=80； 比热c12 =0.75kJ/kg.； 棚板的质量G12=1147.5kg/h。则Q12= G12*c12*t12=68850 kJ/h。9.3.3 窑车带走和散失的热Q13采用经验算法，占窑车带入热量的55%Q13

23、=0.55*Q9=0.55* Qsum*0.25*0.95。9.3.4 抽送干燥用的空气带走的显热Q14抽送干燥用的空气为冷空气鼓入量Vx，并设此时空气温度为t14=250，c14=1.31 kJ/ Nm3.则Q14=Vx*c14*t14=327Vx。9.3.5 窑墙窑顶散失热Q15窑墙材料热数据：窑墙厚S1=1+2+3=30+220+200=450mm温差t2-t1=1210-80=1130导热系数1=43.2，2=0.7，3=1.5窑墙面积S1=116.85m2则热流量q1=2520.5W/m2窑墙散热Q1=q1*S1=294527 kJ/h. 窑顶材料热数据：窑顶厚S2=250mm 温差

24、t2-t1=1130导热系数=0.7 kJ/kg.窑顶面积S2=120.95m2则热流量q2=3955W/m2窑顶散热Q1=q2*S2=478357 kJ/h.9.3.6抽送气幕热空气带走的显热Q16 设每个小孔的气流量为Vo=800Nm3/h 气幕空气的热数据：温度t16=250； 比热c16=1.31 kJ/ Nm3.； 气幕空气量Vm=9*Vo=7200 Nm3/h. 则Q16=Vm*c16*t16=2358000 kJ/h。9.3.7 其他热损失Q17 采用经验计算方法，为收入量的5%。9.4 热平衡方程热收入=热支出Q3+Q4+Q9+Q10=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15+Q16+Q17解得Vx=3245 m39.5 热值收支表图表8 热值收支表2热收入热支出项目热值KJ/h占收入百分比%项目热值KJ/h占支出百分比%Q3Q11Q4Q12Q9Q13Q10Q14Q15Q16Q17Qsum九 烧嘴的选择每小时燃料消耗求出为X=173.9 Nm3 /h ，该窑共设10对烧嘴。每个烧嘴的燃料消耗量为：173.9/20=10.87 Nm3 /h ，查现代建筑陶瓷工程师手册选烧嘴号：DW-I-3型涡流式短焰烧嘴，其生产能力为18 Nm3 /h，烧嘴前液化气压力为800Pa，空气压力为2000Pa，与其配合的烧嘴砖厚为230mm。