无机方向课程设计 隧道窑课程设计说明书.doc

无机非金属材料课程设计学生姓名： 陈 宏 学 号： 180900203 专业班级： 09材料2班 指导教师： 叶东忠 二一二年九月十二日目录一、 前言1二、设计任务和原始数据1三、窑体主要尺寸的确定2四、工作系统的安排2五、窑体材料以及厚度的确定3六、燃料燃烧计算4七、预热带和烧成带热平衡计算5八、冷却带热平衡计算9九、选用烧嘴及燃烧室计算12十、排烟系统的计算及排烟机的选型.13十一、结束语14十二、参考文献15 一、 前言 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，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。这些要求都应该遵循。二、设计任务和原始数据1、 设计任务：设计一条年产60万m2素烧釉面砖的隧道窑2、课程设计原始资料（1）生产任务：年产60万m2地砖；（2）产品规格：150*150*20mm；（3）成品率：85%（4）坯体组成：（干基）% Al2O3 SiO2 CaO MgO 其余 21.20 63.24 2.05 3.75 10.5（5）坯体水分：相对水分3%；（6）装窑密度：39.9m2/m3 ,附匣钵烧，每个匣钵装150块砖坯，每个匣钵（加重法）8.052kg，每块砖坯入窑湿重0.410kg；（7）燃料：60号重油Qnet,ar=37000KJ/kg ，预热温度90；（8）烧成制度：氧化气氛烧成时间：48小时制品入窑平均温度85制品出窑平均温度130最高烧成温度1220冷却带抽出热风温度200温度制度：85400700950 预热带950 12201200 烧成带1200700400130 冷却带（9）三带比例：预热带：烧成带：冷却带=41：20：39（10）年工作日：340天/年；（11）总烟道内烟气温度240（指烟囱底部温度），总烟道空气系数=3.5；（12）外界空气温度25；地下水位较低地区；（13）窑车高度取660mm（轨面至窑车衬砖高度），铁轨面至下拉杆高度为300mm；（14）窑型：明焰隧道窑；三、窑体主要尺寸的确定G=年产50万m2/年=601041000.410 / 24340=3014.6kg/h=7352.9件/h g=装窑密度=39.9m2/m3 /0.100.10m2=3990件/m31、隧道容积 V=G/Kg=7352.948/（85%3990）=104.1m32、窑内长度L取窑车长l=1.6m 设窑长为L=80m，则窑内车数n=80/1.6=50，则有效长度为80m总窑长L=有效长度+进车室+出车室=80+3+2=85m各带长度：预热带长度=80*41%=32.8m 烧成带长度=80*20%=16.0m 冷却带长度=80*39%=31.2m3、窑内宽度B取B=1.2mV=FL F=HB+2Bf/3拱心角口取60 则f=0.134B=0.1341.2=0.16,代入数据得H=0.98m验证：H/B=0.99/1=0.82在（0.81）范围内， 故合理则窑内宽B=1m 窑内高=H+f=0.98+0.16=1.14m四、工作系统的安排在预热带14号车位设13对排烟口，每车位一对。烟气通过各排烟口到窑墙内的水平烟道，由7号车位的垂直烟道经窑顶金属管道至排烟机，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、4号、7号车位有三道气幕。其中1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧面皆开孔，气体喷出方向与窑内气流成90声。4号和7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22号一30号车位设9对燃烧室，先疏后密，两侧相对排列。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，烧成带各处烧前压力基本相同。冷却带在3236号车位处，有8m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3136号车位有9m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，将两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3846号车位设9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41号车位处用金属管道由热风机输送风干燥。 窑尾50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2141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8号车位处由排烟机排走。烧成带前后，即20号、32号车位处，设两对事故处理口。全窑无检查坑道。五、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。温度范围长度范围m窑体材料m窑体材料mI等粘土砖等粘土砖轻质粘土砖红砖I等粘土砖等粘土砖轻质粘土砖粒状高炉渣红砖钢筋混粘土进车室(2.5)0.2400.05857000190.2300.2350.4950.2300.0750.1200.0537009501932.80.2300.3500.3800.2300.1130.0750.1200.053（事故处理口）（空）（空）粘0.1200.2300.2650.3450.2300.1130.0750.1200.053粘950122032.8480.3450.4700.3450.2300.1130.0750.1200.053（烧嘴处）0.9300.2300.2300.1130.0750.1200.0531220120048.850.30.2300.3500.3800.2300.1130.0750.1200.053（事故处理口）(空)(空)粘0.0750.1200.0530.1200.2300.2650.3450.2300.1150.0750.1200.053120070050.358.3间隙通道壁厚+空隙+壁厚0.04+0.150+0.040.3500.3800.1130.1130.0750.0890.053（空）0372.70.23002350.4950.2300.0750.1200.05340013072.7800.2300.5000.2300.0750.1200.053(出车室)(2)0.2400.0750.1200.0530.05六、燃料燃烧计算1、燃烧所需空气量该窑用天然气，其热值QD=37000KJ/Bm3;理论空气量： V0a=0.203Qnet,ar/1000+2=9.51Bm3/kg;实际空气量: 取空气过剩系数=1.55Va=Voa=1.559.51=14.70 Bm3/kg;2、燃烧产生烟气量理论烟气量：Vo=0.265Qnet,ar/1000=0.26537000/1000=9.81Nm3/kg实际烟气量V= Vo+（-1）Voa=9.81+（1.55-1）9.51=15.0 (Nm3/kg)3、燃烧温度理论燃烧温度 tth=(Qnet,ar+C油t油+VaCata) / VC设t=1600 查表的1600时烟气比热c=1.63KJ/Bm3.在室温25的空气比热Ca=1.3 KJ/Bm3.重油比热Cf=1.74+0.0025t=1.74+0.002590=1.97 KJ/Bm3.带入公式得 tth=（37000+1.9790+14.71.325）/（14.57*1.63)=1540oC (1600-1540)/1540100%=3.9%5%所以合理取高温系数=0.80则实际温度为:Tp=0.801540=1232oC比烧成温度1220oC高12oC，认为合理.4、 用经验数据决定燃料消耗量燃料消耗量的计算，可直接选用经验数据(表18)。表中列出隧道窑焙烧各种陶瓷产品的单位热耗。将每小时的产量乘以表中数据，即为该窑每小时财的热耗。陶瓷工业隧道窑的单位质量产品热耗和窑炉结构及操作条件各因亲之间的关系，可参下图18：七、预热带和烧成带热平衡计算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 Qa Qa Q2 QgQ1 Q8 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7其中Q1-制品带入的显热 Q2-匣钵带入的显热Qf-燃料带入化学热及显热 Qa-助燃空气带入显热Qa-漏入空气带入显热 Q3-产品带出显热Q4-匣钵带出显热 Q5-窑墙、窑顶散失之热Q6-窑车积散之热 Q7-物化反应耗热Q8-其他热损失 Qg-废气带走显热2、热收入项目：（1）制品带入显热Q用公式计算每小时入窑的湿制品为： G1=7352.9 0.0.410=3014.6 Kg/h入窑制品含3%自由水，每小时入窑干制品： G1=3016.4（1-0.03）=2919.7 Kg/h入窑制品平均比热 c=0.84+.000264t=0.84+0.000264*85 =0.862 KJ/kg.入窑制品温度 t1= 25则 Q1=G1ct1=2919.70.86285=213926.4 Kg/h（2）匣钵带入显热Q2:此窑制品装匣钵，匣钵吸热，根据器体积、密度可求得每车质量G2为417.6Kg /h 。C2=0.96+0.000146t=0.96+0.00014685=0.972KJ/kg.根据公式可得 Q2=G2c2t2=416.70.97285=34516.7（Kg/h)(3)燃料带入化学热及显热Qf;Qnet,ar=37000KJ/Bm3;入窑重油温度，t=90查手册，此温度下的煤气平均比热为；Cf=1.74+0.0025t=1.74+0.002590=1.97 KJ/kg.根据公式可得;Qf=x(QD+tfCf)=x(37000+1.97*90)=37177.3x Kg/h(4) 空气带入显热Qa;全部助燃空气作为一次空气。燃料所需空气量已求得Va=14.7x Bm3 /h助燃空气温度 t =25查手册，在25 时空气的平均比热为；Ca =1.30J/kg.根据公式可得Qa=VaCata=14.7x1.325=477.8x 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=3.5，由上述已求出理论空气量V=9.51Bm3/kg烧成带燃料燃烧时的空气过剩系数af=1.55Va=x(3.5-1.55)x9.51=18.54x Bm3 /h漏入空气温度为 ta=25,查手册，Ca=1.30 kJ/kg.根据公式可得 Qa=VaCa ta、=18.54x.1.3025=602.7x kJ/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=216000 kJ/h3、热支出项目:(1)产品带出显热Q3出产品带出质量G3=524.8 kg出烧成带产品温度 t3=1220产品平均比热；C3=0.84+0.0002641220=1.16 kJ/kg.根据公式可得：Q3=C3t3G3=1.1612202919.7=4131959.4 kJ/h（2）匣钵带走显热Q4匣钵质量：G4=417.6 kg/h出烧成带匣钵温度，t4=1220匣钵的平均比热为C4=0.96+0.0001461220=1.14 kJ/kg.根据公式得：Q4=G4C4t4=417.61.141220=580798 kJ/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；Vm=1552 Bm3 /h离窑烟气体积； Vg=Vog+(ag-1)Voax+Vm离窑烟气温度tg=240查手册，此时烟气的平均比热为Cg=1.42kJ/m3. 根据公式得：Qg=Vog+(ag-1)Voax+VmCgtg =9.81+(3.5-1)x9.51x+1552x1.42x240 =11445.8x+528921.6 kJ/h（4）通过窑墙，窑顶散失的热Q5取经验数据，占热收入的6.67%。 (5)窑车积蓄和散失之热Q6取经验数据，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= G1. 3%=3014.6x3%=90.3 kg/h烟气离窑温度 tg=240制品中A12O3含水量为21.20%。根据公式可得；Q7=Qw+Qr=Gw（2490+1.93tg)+Gr .2100.A12O3% =90.3(2490+1.93240)+2919.721000.212 =1566524.4 kJ/h(7)其他热损失Q8去经验数据，占热收入的10%.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+Q8+Qg =（213926.4+34516.7+37177.3x+477.8x+602.7x+216000)58.33%=4131959.4+580798+11445.8x+528921.6+1566524.4移项整理得13378.2x=6663286.5X=498.1 kg/h ,即每小时需要重油498.1 kg 5、列出预热带及烧成带平衡表如下：0.95100.0010.000.990.1685.5111.001.3919.072.6829.356.6725.007.235807986230074.64.助燃空气显热5.漏入空气显热6气幕显热100.00415620.81566254.4166248.3总 计21662483.3总 计1662483.35.窑车积、散热6.物化反应热7.其他热损失kJ/h%kJ/h%4.窑墙、窑顶散热111386.4热 收 入热 支 出216000300204.92379822.24131959.4项 目213926.434516.718518013.11.产品带出显热2.匣钵带出显热3.烟气显热1.坯体带入显热2.匣钵带入显热3.燃料化学热，显热八、冷却带热平衡计算1、热收入项目：（1） 产品带入显热Q3此项热量即为预热、烧成带产品带出显热： Q3= 4131959.4 kJ/h (2) 匣钵带入显热Q4此项热量即为预热、烧成带匣钵带出显热： Q4= 580798 kJ/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。 Q9= 0.95Q6 = 0.95x1853255.4 =1760592.6 KJ/h（4）冷却带末端送入空气带入显热Q10用公式（162）计算：ta=25，此温度下 空气平均比热查手册为：Ca=1.30KJ/m3*。Q10=VaCata=Va1.325 =32.5Va KJ/h 2、 热支出项目：(1)产品带出显热Q11出窑产品质量 G11= 2919.7 Kg/h出窑产品温度 t11= 130 此时产品平均比热，C11= 0.84+0.000264130=0.874 kJ/kg.根据公式可得： Q11=G11C11t11= 2919.70.874130 = 331736.3 KJ/h(2)匣钵带出显热，Q12出窑匣钵质量：G12= 417.6 Kg/h出窑匣钵温度：t12= 130在130匣钵的比热为： C12= 0.96 +0.000146t =0.96+0.000146*130=0.979 KJ/m3* Q12= G12 C12 t12= 4173.60.979130=53148.0 KJ/h (3)窑车带走和向车下散失之热Q13此项热量占窑车带入显热的55%， Q13=0.55Q9= 0.551760592.6 = 968325.9 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=VaC14t14=Va1.32200=264Va kJ/h（5）窑墙窑顶散热Q15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 =1552Bm3/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(43131959.4+580798+1760592.6+32.5Va)=331736.3+53148.0+968325.9+264Va+100000+216000移项整理得：233.12 Va =4480472.3解得：V=19219.6 Bm3/h即每小时有6746.3 Bm3，200的热空气抽送干燥。4、列出冷却带平衡表如下：1004.9858.28.224.88.84.670.7813.6271.521.423.0653148.0968325.94.空气带显热100100000216000353479.7总 计7097987总 计70979875.窑墙、窑顶散热6.热空气带走显热7.其他热损失kJ/h%kJ/h%4.空气带走显热5073974.4热 收 入热 支 出624637331736.3项 目4131959.45807981760592.61.产品带出显热2.匣钵带出显热3. 窑车积、散热1.坯体带入显热2.匣钵带入显热3.窑车带入显热九、选用烧嘴及燃烧室计算每小时燃料消耗量求出为：x=498 kg/h该窑共设9对烧嘴，每个烧嘴的燃料消耗为：498/18=27.6kg/h。选择型号，与其配合的砖厚为230mm燃烧室体积：V=37.637000/1250000=0.819m3；燃烧室深度：L=1.16-0.23=0.93m；燃烧室截面积：F=0.819/0.93=0.881m2；取燃烧室10个半砖宽=10（0.113=0.003）=1.16m选用60o拱，拱高f=0.134B=0.1341.16=0.155m因此：0.881=2/3 0.1240.928+0.928H侧墙高：H=0.881-2/3 0.1551.16 / 1.16=0.656m取H=0.612m,即9块砖厚：9