年产90万平米墙地砖辊道窑设计书.doc

年产90万平米墙地砖辊道窑设计方案一、 原始资料收集设计前必须根据设计任务收集所需的原始资料。设计原始资料如下：瓷质砖1. 产量：年产90万墙地砖2. 产品规格:60060011() 3. 年工作日：330天4. 燃料：焦炉煤气 热值：16600KJ/m5. 坯入窑含水量：1.2%6. 原料组成：CaOK2O+ Na2OI.L70.9216.340.561.740.814.06 5.577. 最高烧成温度：1210 8. 烧成合格率：97%9. 烧成制度：（1） 温度制度：烧成周期71分钟()（2） 气氛制度：全氧化气氛（3） 压力制度：预热带负压操作-40-25Pa，烧成带微正压8Pa,冷却带正压二、窑体主要尺寸的确定2.1 窑内宽的确定产品规格：60060011 mm，可知砖的宽度为600 mm，考虑到烧成收缩率为10，则： 坯体离窑墙内壁一般应有100200 mm间隙，取150mm。暂定窑内宽B2500mm，则可排砖数为：确定并排3片砖，则窑内宽B为；最后定窑内宽B2300mm。2.2窑体长的确定年产量90万m2，烧成周期为71分钟，年工作日为330天，产品合格率为98，则： =1.62故窑体长L为： =85.6m设计每节长度为2110，节间联接长度8，每节总长度为2118，则有节数节，取节数为41节，因而全窑总长L为:。2.3窑体各带长度的确定窑前段 41节135.33节，取5节，此段总长5211010550(mm)；预热带41节3313.53节，取14节，此段总mm)；烧成带41节176.97节，取7节，此段总长7211014770 (mm)；冷却带41节3715.17节，取剩下的15节，此段总mm)。温度段（）时间（min）升温速率（/min）节数编号窑前段2525092551，2，3,4,5,预热带2509502330.414 6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，烧成带95012101026520,21,22,23,24,12103225，26,急冷段1210700685327,28，29,缓冷段7004001127.3730,31,32,33,34,35,36快冷段40080935.6537,38，39.40,412.4窑内高的确定 内高为窑道内整个空间的高度，等于辊上高（辊道中心线至窑顶的距离）与辊下高（辊道中心线至窑底或隔烟板的距离）之和。辊上高应大于制品高度，考虑到玻化砖的高度小，又是单层焙烧，只要保证气流顺畅即可。 从理论上来说对焙烧建筑瓷砖的辊道窑辊下高最好应大于砖对角线长度，但由于该制品较大，若按此计算会造成内高太大，既增大了窑墙散热，又不利于窑内传热。由于制品从辊上掉下，一般都发生了破损，尺寸都比整砖小了，故据各地辊道窑实际状况来看取辊下高450mm。表1-1 窑内高度表 窑高 位置辊上高/mm辊下高辊内总高窑前热带619300450750烧成带2026450450900急冷带2729450450900缓冷、快冷带3041300450750三、工作系统 辊道窑的工作系统确定包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统等。3.1 排烟系统 辊道窑为快烧窑，烟气温度高，一般达到250300，为了提高热利用率，辊道窑采用集中排烟方式，在窑前段第1、2、3节设置抽烟口，每节在窑顶、窑底分别设置两个排烟口进行排烟，在各出烟口分别用圆管引出，汇总到上下排烟分管，最后汇总到窑顶的排烟总管中。3.2 燃烧系统 根据所选用的燃料为焦炉煤气，采用全部喷入窑道燃烧的方式，并在辊上一层烧嘴，为均匀窑内温度，强化窑内对流换热，选用小流高速烧嘴。辊道上下方及对侧均交错布置烧嘴，这样便于窑温度制度的调节，还有利于窑内热气流的强烈扰动与循环，改善了窑内端面温度均匀性。故在第919节辊下每节布置1对烧嘴，左侧，右侧各1支。自第2026节每节布置4对烧嘴：辊上2对；辊下2 对；上下左右交错布置。烧嘴的对侧是观察孔，以便更好的观察火焰的燃烧情况，便于操作控制。3.3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，达到节能的目的。本设计中冷却系统分急冷、缓冷段和快冷段。3.3.1急冷段 从烧成最高温度至800以前，制品中由于液相的存在而且具有塑性，此时可以进行急冷，而不会使产品破裂。最好的办法是直接吹风冷却。辊道窑急冷段应用最广的是直接风冷是在辊上下设置横窑断面的冷风喷管。每根喷管上均匀地开有圆形出风口，对着制品上下均匀地喷冷风，达到急冷的效果。由于急冷段温度高，横穿入窑的冷风管须用耐热钢制成，管径为80120mm。本设计也采用此种结构，在2729节进行急冷，每节辊上5根，辊下5根，管内径80mm。3.3.2 缓冷段 制品冷却到700400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。为达到缓冷目的，采用间冷风管。在30-36节每节设置1个抽热风口以达到缓冷的目的。3.3.3 窑尾快冷段 制品冷却至400以后，可以进行快速冷却。通过在3741节进行快冷，每节辊上5根，辊下5根，管内径80mm。快冷。3.3.4 热风抽出口位置、抽热风管走向 热风抽出口设在每节窑的中部，抽热风管走向为从各支管汇入窑顶总管，总管通向预热带，使抽出的热风进入预热风管，对制品进行预热。3.4 传动系统 辊道窑对辊子材料要求十分严格，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。3.4.1辊子的选择 刚玉莫来石质辊棒，高温荷重软化温度：1550；长度：3100mm；外径：45mm。3.4.2辊距的确定 辊距即相邻两根辊子的中心距，确定辊距主要依据是制品长度、辊子直径以及制品在辊道上移动的平稳性，一般用下面经验公式计算：H=1/5*L式中：H为辊距，；L为制品长度。 因L600，故可得H的范围在：120200，考虑到每节长2110，辊距定为141，每节装15根辊棒。 棍子总数=1541=615根。3.4.3辊棒的联接形式 主动端采用弹簧夹紧式，而从动端使用的是托轮摩擦式连接，这种联接方式对更换辊子非常方便。托轮摩擦式连接是将辊棒自由的放在间距相等的托轮上，利用辊子的摩擦力带动辊子转动。3.4.4 传动方案 传动机构采用齿轮传动，并采用分段传动，分别带动的方式，全窑共15个电动机来带动，平均每3 节用一台电机。 传动过程：电机-减速器-主动链轮-滚子链-从动链轮-联轴节-传动轴-主动齿轮-从动齿轮-辊棒传动轴-辊子。3.5 窑体附属结构3.5.1 事故处理孔 事故处理孔一般设在辊下,且事故处理孔底面与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的砖坯碎片，事故处理孔大小尺寸通常宽240450，取300，高65135，取120。两侧墙事故处理孔一般均采取交错布置的形式。为了能清除窑内任何位置上的事故而不造成“死角”，两相邻事故处理孔间距不应大于事故处理孔对角线与对侧内壁交点连线。 两事故处理孔中心间距L应小于或等于，其中为其宽，B为窑内宽，为窑墙厚。本设计中，b=0.3 m，B=3 m，=0.46 m，则有： =4.434m 又因每节长2110m m，故每节设置一个事故处理孔，相邻两节的事故处理孔对侧交错设置。 对于事故处理孔在不处理事故时，要用塞孔砖进行密封，孔砖与窑墙间隙用耐火纤维堵塞。密封时为了防止热气体外溢，冷风漏入等对烧成制度产生影响。3.5.2测温孔及观察孔3.5.2.1 测温孔 为严密监视及控制窑内温度制度，及时调整烧嘴开度，一般在窑道顶及火道侧墙留设若干处测温孔以安装热电偶。测温孔间距一般为35米，高温段布密些，低温段布稀些，在烧成曲线的关键点，如氧化末段、晶体转化点、釉始溶点、成瓷段、急冷结束等都应设测温孔。3.5.2.2观察孔在每个烧嘴的对侧窑墙设置80mm的观察孔，以便烧嘴的燃烧状况。未用时，用与观察孔配套的孔塞塞住，以免热风逸处或冷风漏入。3.5.3 窑道档板和挡火墙 由于辊道窑属中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，难以调解窑内压力制度及温度制度，因此，通常在辊道窑工作通道的某些部位，辊下砌筑挡墙，辊上插入挡板，缩小该处工作通道面积，以增加气流阻力，便于压力与温度制度的调节。挡板负责对窑内上半窑道的控制,采用耐硬质高温陶瓷纤维板制成,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。窑道挡板和挡火墙设置在同一横截面上。通常为防止预热带、冷却带冷气流进入高温区，在烧成带工作通道两端必须设有挡墙结构。烧成带与冷却带交界处的上下挡墙起分隔两带的作用。所以在20、26节处各设置一挡板、挡墙。四、窑体材料及厚度确定4.1 所选材料的相关参数材料使用温度/密度/gcm-3导热系数/W（m）-1轻质高铝砖14001.20.66+810-5t轻质粘土砖11500.26+0.00023t硅酸铝耐火纤维束13500.070.10.2硅藻土砖9000.063+0.00014t4.2 厚度确定4.2.1低温段1-19 / 30-41 材料 厚度/ 部位轻质粘土砖硅酸铝耐火纤维束硅藻土砖窑顶230130窑墙230130窑底23090 4.2.2高温段20-29 材料 厚度/ 部位轻质高铝砖硅酸铝耐火纤维束硅藻土砖窑顶230130窑墙230130窑底230130654.3 膨胀缝的材料 部位 材料 区域窑顶窑墙窑底窑前段矿渣棉矿渣棉预热段硅酸铝耐火纤维束硅酸铝耐火纤维束烧成段硅酸铝耐火纤维束急冷带及过渡区硅酸铝耐火纤维束硅酸铝耐火纤维束五、燃料及燃烧计算A、根据热工手册相关资料差得，燃料：焦炉煤气（热值16600KJ/m） B、焦炉煤气作为燃料有如下几个特点：1、焦炉煤气发热值高1672018810KJ/m3;，可燃成分较高（约90%左右）；2、焦炉煤气是无色有臭味的气体；焦炉煤气因含有CO和少量的H2S而有毒；3、焦炉煤气含氢多，燃烧速度快，火焰较短；着火温度为600650 。4、焦炉煤气如果净化不好，就会堵塞管道和管件，给调火工作带来困难；5、焦炉煤气含有H2（550%），CH4（2327%），CO（58%），CO2（1.53.0%），N2（37%），O2（0.5%），CmHn(24%);密度为0.450.50 Kg/Nm3。5.1 空气量计算： 焦炉煤气热值为15900-17600KJ/m时，单位理论空气消耗量V0为（0.26/1000）Qd-0.25；单位燃烧生成气量Va为V0+0.68+0.06(0.238Qd-4000)/1000理论空气量：V0=（0.26/1000）16600-0.25=4.066 实际空气量：Va=4.0661.2=4.879 5.2 烟气量计算 Va=V0+0.68+0.06(0.23816600-4000)/1000=5.565.3 燃烧温度计算 取室温为20，此时空气比热为1.30（KJ/（Nm3*）,焦炉煤气的比热为1.41（KJ/（Nm3*）；并设烟气温度为1450，此时烟气的比热为2.01（KJ/（Nm3*），按理论燃耗内温度计算公式： tth=（16600+1.4120+1.31204.879）/（5.556Cg）（1461-1450） Cg=1.424+0.000105t 可得 tth=1861 取高温系数为0.85，则实际温度为：t=0.851861=1581度，比最高烧成温度1210度高出371度。符合烧成要求，认为合理。六、物料平衡计算原料组成：CaOK2O+ Na2OI.L70.9216.340.561.740.814.06 5.57 产品的规格：60060011mm, 经查资料得知密度为2.51000。每小时烧成制品质量： Gm=(900000*11*2.5)/(330*24*97%)=3221.65 kg/h每小时烧成干坯的质量 Gg=Gm/(1-1.2%)=3411.68kg/h每小时欲烧成湿坯的质量 （含水量为 1.2% ） Gs=Gg/(1-1.2%)=3453.12 kg/h 每小时蒸发自由水的质量 Gz=Gs-Gg=3453.12-3411.68=41.44 kg/h每小时从精坯中产生的CO2 Gcao=GgCao%=19.11 kg/h GMgo=GgMgo%=59.36kg/h GCO2=(Gcao4456)(Gmgo44/40)=80.31 kg/h每小时从精坯中分解出来的结构水 Gf=Gg5.57%GCO2=109.72 kg/h七、热平衡计算热平衡计算包括预热带、烧成带热平衡计算和冷却带热平衡计算。7.1 预热带及烧成带热平衡计算7.1.1 热平衡计算基准及范围热平衡计算必须选定计算基准，这里时间以1h为计算基准，0作为基准温度。7.1.2 热平衡框图图 预热带和烧成带热平衡示意图 Q1坯体带入显热： Qa助燃空气带入显热 Qb漏入空气带入显热： Qf燃料带入化学热及显热 Q2产品带出显热 Q3墙、顶、底散热 Q4 物化反应耗热 Q5 其它热损失 Qg废气带走显热7.1.3 热收入项目7.1.3.1 坯体带入显热其中：湿制品质量，据物料平衡计算中可知=1755.82的温度250入窑制品比热c1=0.84+2610-5250=0.905 Q1=Gsc1t1= 3453.120.905250=781268.47.1.3.2 燃料带入化学热及显热Qf焦炉煤气低热值为 16600入窑焦炉煤气温度 ，20时焦炉煤气比热容 设焦炉煤气消耗量为 则Qf=x(Qd+cftf)=x(16600+1.4120)=16628.2x7.1.3.3 助燃空气带入显热助燃空气温度 20 时，取空气比热容 Va总=Va*x=4.879x则Qa= Va总cata=126.854x7.1.3.4 预热带漏入空气带入显热Qb取预热带空气过剩系数 漏入空气温度 ，空气比热容 漏入空气总量为Va=x(g-)V0=3.2528xQb=VaCata=84.5728x7.1.4 热支出项目 7.1.4.1 产品带出显热Q2(KJ/h)烧成产品质量：Gm=3221.65（Kg/h）制品烧成温度t2=1210制品平均比热容，查手册 C1=0.84+2610-51210=1.1564(KJKg.)Q2=CmC2t2=3221.651.15641210=4500857.68 7.1.4.2窑体散失热 将计算窑段分为两部分，即第1-19节，低温段40-800，取平均值为420；第20-26节：高温段800-1210，取平均值1005。第1-19节：40800。环境温度取20，窑内壁平均温度为420窑墙散热设：t2=280，t3=40则：单位热流密度：校验：设计合理窑墙散热面积A=(0.75+1.43)/22.1119=43.6981m2二侧窑墙共散热：Q1=215243.69813.6=67644.6588 窑顶散热：设：t2=280，t3=40则：单位热流密度：校验：设计合理窑顶散热面积:A=(2.3+3.02)/22.1119=106.6394 m2窑顶散热量:Q1=106.6394215.913.6=82888.2462744窑底散热设：t2=280，t3=40则：单位热流密度：校验：设计合理窑底散热面积与窑顶散热面积相等窑底散热量:Q1=106.6394204.33.6=78431.145912所以低温段窑体总散热量：Q=67644.6588+82888.2462744+78431.145912=228964.0509864高温段20-26节：8001210散热。环境温度20，窑内平均温度1010。窑墙散热 设：t2=800，t3=70则：单位热流密度：校验：窑墙散热面积A=(0.9+1.685)/22.117=19.090225 m2二侧窑墙共散热：Q3=671.4219.0902253.6=92283.674868 窑顶散热： 设：t2=780，t3=70则：单位热流密度：校验：设计合理窑顶散热面积：A=(2.3+3.02)/22.117=39.2882 m2窑顶散热：Q3=39.28826813.6=96318.95112 窑底散热 设：t2=870，t3=65则：单位热流密度：校验：设计合理窑底散热面积与窑顶散热面积相等窑底散热量：Q3=39.2882497.373.6=70346.7793224 高温带总散热量：Q高=92283.674868+96318.95112+70346.7793224=258949.4053104 KJ/h预热带、烧成带窑体总散热量Q3=Q低Q高=228964.0509864+258949.4053104=487913.4562968 KJ/h7.1.5物化反应消耗热Q4自由水蒸发吸热烟气离窑温度 Qw=Gw(2490+1.93tg)=41.44(24901.93400)=134348.48 KJ/h烧成坯体物化反应耗热用反应热近似代替坯体物化反应热 含量=16.34%QP=Gg210016.34%=1170683.8752 KJ/h所以 Q4=QW+QP=134348.48 + 1170683.8752=1305032.3552 KJ/h7.1.6 烟气带走显热离窑烟气总量Vg=5.56+(2-1.2) 4.066x=8.8128x离窑烟气过剩系数 ，取离窑烟气温度查手册，此时烟气的平均比热为 Qg=VgCgtg=8.8128x1.43400=5040.92x7.1.7 其他热损失根据经验占热收入的5%Q5=(Q1+Qf+Qa+Qb)5%=(781268.4+16628.2x+126.854x+84.5728x)5% =39063.42+841.98x7.1.8 列热平衡方程并求解Q1+Qf+Qa+Qb=Q2+Q3+Q4+Qg+Q5781268.4+16628.2x+126.854x+84.5728x=4500857.68+487910.759+1305032.3552+5040.92x+39063.42+841.98x解得x=506.684 Nm3/h每公斤产品耗热506.684166003221.65=2610.76 Kg/KJ7.1.9 列热平衡表 热平衡表热收入热支出项目%项目%坯体带入显热781268.48.39产品带出显热4500857.6848.33燃料化学热及显热8425242.8990.46窑体散失热487913.465.24助燃空气显热64274.890.69物化反应热1305030.3514.01漏入空气显热42851.680.46烟气带走显热2554153.5127.42其他热损失465681.215总计9313637.86100.0总计9313636.22100.0 热平衡分析:由表可以看出热支出项中，产品带走显热，物化反应耗热两项不可能减少。而其他三项则可采用适当措施节省能耗。对于烟气出窑温度适当控制在较低温度下。在资金允许的情况下，要减少窑体散热则可采用新型耐火材料，隔热材料，以达到节能减排的目的。7.2 冷却带热平衡计算7.2.1 冷却带热平衡示意图 图7-2冷却带热平衡示意图26图 冷却带热平衡示意图制品带入的显热 冷却风带入显热 制品带出显热热风抽出带走显热 窑体散热 其他热损失 7.2.2 热收入 7.2.2.1 制品带入的显热 制品出窑温度t=1210查表可知该温度下制品的平均比热为C=1.1598KJ/(kg)每小时烧成制品质量Gm=3221.65 (kg/h)Q2=Gmtc=3221.6512101.1589=4521128.3007 KJ/h7.2.2.2 冷却风带入显热 设定鼓入冷风量为 。鼓入冷风的温度：=20 查表得 ：20 时空气的比热为=1.30 。 7.2.3 热支出7.2.3.1 制品带出显热出窑时制品的质量：Gm=3221.65 (kg/h)计算时以窑尾快冷结束为出窑口，此时的温度为 此时陶瓷制品的比热为Q7=Gmtc=3221.65800.8738=225206.22167.2.3.2 热风抽出时带走的显热 由热风抽出量应等于冷风鼓入量，遵循平衡原则。故抽出热风量应为 取热风抽出的温度为：，查表此时的比热为：则 7.2.3.3 窑体的散热急冷带（27-29节）1210700段散热 窑墙散热 设：t2=800，t3=70则：单位热流密度：校验：设计合理窑墙散热面积A=(0.9+1.685)/22.113=8.18 m2二侧窑墙共散热：Q=671.428.183.6=39542.7744 KJ/h窑顶散热： 设：t2=780，t3=70则： 单位热流密度：校验：设计合理窑顶散热面积A=(2.3+3.02)/22.113=16.8378 m2窑顶散热量：Q=16.83786813.6=41279.55 KJ/h窑底散热 设：t2=870，t3=65则：单位热流密度：校验：设计合理窑低散热面积与窑顶散热面积相等窑底散热量：Q=16.8378497.373.6=30148.62 KJ/h急冷散热总量：Q3=39542