景德镇陶瓷学院窑炉设计 (隧道窑)赵双阳

1 景德镇陶瓷学院景德镇陶瓷学院 窑炉课程设计窑炉课程设计 说明书说明书 题目 年产330万件8寸汤盘隧道窑 院 系 材料科学与工程学院 专 业 10 热工 1 班 姓 名 赵双阳 学 号 201010610109 指导教师 周露亮 二二 一三年一三年 10 月月 20 日日 2 目目 录录 一一 烧成制度的确定 烧成制度的确定 3 3 二 窑体主要尺寸的确定二 窑体主要尺寸的确定 3 3 三三 工作系统的确定 工作系统的确定 5 5 四 窑体材料以及厚度的确定四 窑体材料以及厚度的确定 6 6 五五 燃料燃烧计算 燃料燃烧计算 7 7 六六 物料平衡计算 物料平衡计算 8 8 七七 预热带加热带热平衡计算 预热带加热带热平衡计算 9 9 八八 冷却带热平衡计算 冷却带热平衡计算 13 九 窑体材料概算九 窑体材料概算 1616 十十 参考文献参考文献 1818 十一十一 后记后记 1818 3 一一 烧成制度的确定 烧成制度的确定 1 11 1 温度制度的确定温度制度的确定 根据制品的化学组成 形状 尺寸 线收缩率及其他一些性能要求 制订烧成制 度如下 20 200 2小时 预热带氧化气氛 200 800 2小时 预热带氧化气氛 800 1050 2小时 预热带氧化气氛 1050 1290 3小时 烧成带氧化气氛 1290 1290 2小时 保温阶段 1290 800 2小时 冷却带 800 60 5小时 冷却带 烧成周期 18小时 1 21 2 烧成曲线图如下 烧成曲线图如下 二 窑体主要尺寸的确定二 窑体主要尺寸的确定 2 12 1 窑内宽的确定 窑内宽的确定 2 1 1 坯体规格 因每件坯体尺寸为 200 40 取收缩率为 8 胚体尺寸 产品尺寸 1 8 经计算 200 1 8 217 4mm 选定棚板为 515 515mm 支柱 40 40 55mm 考虑到坯体较轻和分层放置 棚板厚度定为 10mm 棚板用 SiC 材料体 4 积密度为 3 22g cm3 综合考虑窑高和每车载件数 确定每块棚板装 4 个坯体 一层装 6 块棚板 沿长度 方向和宽度方向分别为 3 块和 2 块 共装 6 层 棚板间距 20mm 棚板与横向车边距离 30mm 与纵向车边距离 30mm 则窑车长 Le 515 3 20 2 30 2 1645mm 宽 Be 515 2 30 2 20 1110mm 窑车与窑墙及窑顶间距为 30mm 则窑内宽 B 1110 30 2 1170mm 2 22 2 窑内高尺寸的确定 窑内高尺寸的确定 2 2 1 为了计算方便 可以将车上的棚板定为统一的高度 坯体在窑车内分 6 层放 则高度为 759 8mm 取 780mm 为 65mm 砖厚的整数倍 窑车高度的确定 轨面到窑车衬砖面的高度为700mm 为了避免火焰直接冲刷制品 窑车上设250mm高的 通道 由40mm厚的耐火粘土板及粘土砖组成 窑车的高度为 H 车 700 40 250 990mm 窑总高1 990 780 30 1800mm 在烧成带窑高增加60mm 故窑总高2 1800 60 1860mm 2 32 3 窑体有效长度的确定窑体有效长度的确定 每块棚板制品装4件 则 装车密度 4 6 6 144件 车 则装窑密度g 144 1 645 87 5件 m 则窑的长度L 3300000 24 330 18 97 87 5 88 37m 取90m 2 42 4 窑体各带长度的确定窑体各带长度的确定 预热带长 Ly 预热时间 总烧成时间 总长 L 6 18 30m 5 烧成带长 Ls 烧成时间 总烧成时间 总长 L 5 18 25m 冷却带长 Lv 冷却时间 总烧成时间 总长 L 7 18 35m 则全窑长 90m 分为 50 个标准节 每节长 1800mm 根据烧成曲线预热带取 15 节 烧成 带取 15 节 冷却带取 20 节 各带长所占比例如下 预热带 15 50 30 烧成带 15 50 30 冷却带 20 50 40 2 52 5 本窑不设进车室 也不设出车室长本窑不设进车室 也不设出车室长 三三 工作系统的确定 工作系统的确定 3 13 1 预热带工作系统布置预热带工作系统布置 预热带共15节 其中1到5节为排烟段 从第一节两侧墙设置一道气幕 喷入由冷 却带抽来的热风 并在窑上部设一对排烟口 后半节下部和上部各设一对排烟口 第2 节上部也加设一对排烟口 其余每节在下部 棚板通道处 各设两对排烟口 在6到9 节上部设置喷风管 每节设3根 交错排布 在第10到15节下部设置高速调温烧嘴 每 节设两只 高度在窑车棚板的下部通道上 交错布置 3 23 2 烧成带工作系统布置烧成带工作系统布置 第16到30节为烧成带 第16 17节仍与预热带一样仅在下部设2对烧嘴 而从第18节 开始每节上下均布有高速烧嘴 上部设2只下部设3只 上下与两侧墙均成交错排布 3 33 3 冷却带工作系统布置冷却带工作系统布置 冷却带烧成工艺分成三段 第31到35节为急冷段 该段采用喷入急冷风直接冷却方 式除急冷首节 第31节 只在后半节设冷风喷口 上设3对 下设2对 外其余每节上 部设4对 下部设3对 冷风喷口 上下喷口交错布置 第36到42节为缓冷段 第37到42节设置三段间冷壁 每两节排一段 顶部设有不锈 钢间冷风箱 间冷壁及间冷风箱设有调节闸板 可根据需要调节抽热风量 第43到50节为快冷段 在43到48节布置冷风喷管 直接鼓入冷风 每节6对 上部3 6 对 下部3对 上下错开布置 3 43 4 抽热风系统布置抽热风系统布置 抽热风系统包括两部分 一部分为急冷 间冷抽热 另一部分为窑尾快冷段直接抽热 风 系统各配2台抽风机 2开2备 急冷段第34 35节两侧窑墙的每节中部和下部分别 设置1对和2对抽热风口 缓冷段第36节两侧墙上部设置两对抽热风口 交错布置 这 一段包括间壁与窑顶间冷风箱抽出的热风由急冷 间冷段抽风机通过抽热风总管抽出 快冷段第43到47节窑顶共设有5个长方形抽热风口 窑尾两节 49 50节 的窑顶设计 成整体抽热风罩 该段抽出的热风由快冷段直接抽热风机抽出 3 53 5 传动系统传动系统 由于窑车连续性传动 原理 由于螺旋杆上的活塞在油压的作用下连续不断的向 前前进 推动窑车在窑内移动 3 63 6 窑体的附属结构 窑体的附属结构 3 6 1事故处理孔 事故处理孔下面应与窑底面平齐 以便于清除出落在窑底上的碎片 事故处理孔尺 寸为 宽345mm 高115mm 分别设在15号车位和30车位 3 6 2测温孔及观察孔 在烧成曲线的关键处设置测温孔 低温段布稀点 高温处密点 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 3 6 3 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 必须重视窑体膨胀 缝的留设 本设计在窑节之间留20毫米膨胀缝 内填陶瓷棉 3 6 4挡墙 本设计在预热带与烧成带的交界处设有挡墙 在烧成带与冷却带的交界处设有挡墙 这样置一般都在温度拐点处 有利于温度和压力的调节 四 窑体材料以及厚度的确定四 窑体材料以及厚度的确定 窑墙 窑顶所采用的材料及厚度应满足各段使用性能要求 考虑各处的温度 对窑 墙 窑顶的要求 砖型及外型整齐等方面 根据上述原则 确定窑体的材料及厚度如 下表 7 窑顶 材料预热带 烧成带 急 冷段 缓冷段 快冷 段 预热带烧成带 急冷 段 缓冷段 快冷 段 优质高温 莫来石质 砖 230mm230mm230mm230mm230mm230mm 轻质保温 砖 115mm115mm115mm115mm115mm115mm 陶瓷棉 150mm 轻质粘土 砖 90mm 钢板 10mm10mm10mm10mm10mm10mm 五五 燃料燃烧计算 燃料燃烧计算 5 15 1 燃烧所需空气量 燃烧所需空气量 5 1 1 理论空气量 Lo 可由经验公式计算 根据经验低发热量 Qnet取 41800 KJ Nm3 Lo Qnet 0 2 1000 2 41800 0 2 1000 2 10 36 Nm3 Nm3 5 1 2 实际空气量 对于液体燃料 空气过剩系数 a 1 20 1 25 取 a 1 2 则实际空气量 V La aLo 1 2 10 36 12 432Nm3 Nm3 5 25 2 燃烧产生烟气量 燃烧产生烟气量 5 2 1 理论烟气量 根据经验公式计算 8 V Qnet 0 27 1000 a 1 Lo 41800 0 27 1000 1 2 1 10 36 13 358Nm3 Nm3 5 2 2 实际烟气量 取 1 2 Vg V 1 Lo 13 358 1 2 1 10 36 15 43Nm3 Nm3 5 35 3 燃烧温度 燃烧温度 5 3 1 理论燃烧温度 此时已知 Qnet 41800kJ Nm3 助燃室温 ta 20 Ca 1 30KJ Nm3 Cr 2 358KJ Nm3 设 t 1700 则 Cg 1 60KJ Nm3 tth Qnet Cr tr Ca ta La Vg Cg 41800 2 385 20 1 3 20 12 432 15 43 1 60 1725 4 1725 4 1700 1700 100 1 5 5 所设温度合理 5 3 2 实际燃烧温度 tp 取温度系数为 0 85 得 tp tth 0 85 1725 4 1466 6 oC 比最高烧成温度高 出 176 6oC 符合烧成温度 认为合理 六六 物料平衡计算 物料平衡计算 6 1 每小时烧成制品质量 Gm 416 7 300 125010g 125 01kg 6 2 每小时烧成干坯质量 Ggp Ggp Gm 100 100 I L 125 01 100 100 5 82 132 74 Kg h 6 3 每小时入窑的湿制品质量 Gsp Gsp Ggp 100 100 W 132 74 100 100 2 4 136 Kg h 6 4 每小时蒸发自由水的质量 G2s G2s Gsp Ggp 136 132 74 3 26 Kg h 6 5 1 每小时从精坯中引入的 CaO 质量 GCao 和 MgO 质量 GMgO GCao Ggp Cao 132 74 0 25 0 33 Kg h GMgO Ggp MgO 132 74 0 45 0 60 Kg h 6 5 2 GCO2 GCao MCO2 MCao GMgO MCO2 MMgO 9 0 33 44 56 0 6 44 40 0 92 Kg h 6 6 每小时从精坯中分解出的结构水质量 Gjp Gjp Ggp IL GCO2 132 74 5 72 0 92 6 67 Kg h 6 7 棚板及支柱的质量 每块棚板的质量 Gpb 51 5 51 5 1 3 22 8 54Kg 每根支柱的质量 Gzz 4 4 5 5 3 22 0 28Kg 每车棚板和支柱的质量 Gb 8 54 36 0 28 72 327 6Kg 七 预热带及烧成带的热平衡计算七 预热带及烧成带的热平衡计算 7 17 1 预热带及烧成带的热平衡计算预热带及烧成带的热平衡计算 7 1 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 Qm Q2 Qg Q1 Q8 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 其中Q1 制品带入的显热 Q2 棚板及支柱带入的显热 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 棚板及支柱带出显热 Q5 窑墙 窑顶散失之热 Q6 窑车积散之热 10 Q7 物化反应耗热 Q8 其他热损失 Qg 废气带走显热 1 1 热收入项目热收入项目 1 制品带入显热 Q1 入窑制品的含 2 4 自由水 Gsp Ggp 100 100 W 132 74 100 100 2 4 136 Kg h 入窑制品温度 t 20 入窑制品比热取为 C1 0 95KJ kg oC Q1 Gsp C1 t 136 0 95 20 2584KJ h 棚板及支柱带入的显热Q2 Gb 947 92 C 0 963 KJ Kg Q2 Gb C t 947 92 0 963 20 18256 94KJ h 3 燃料带入化学 Qf 已知 Qnet取 41800 KJ Nm3 且 0 柴油密度 p 为 0 85g cm3 入窑温度 t 20 查表得 C 1 84 KJ Nm3 设每小时燃 0 柴油 x 千克 Qf x 41800 1 84 20 41836 8xKJ h 4 助燃空气带入 Qa 助燃空气温度ta 20 20 时空气比热容ca 1 30 kJ m3 助燃空气实际总量La 12 432 总 La X 12 432X m3 h Qa 总cata 12 432X 1 30 20 323 232X kJ h 5 漏入空气 Qb 取预热带空气过剩系数ag 1 8 漏入空气湿度ta 20 ca 1 30 KJ m3 理 论空气量La0 10 36 m3 h 漏入空气总量Vb X g La0 X 1 8 1 2 10 36 6 22X m3 h Qb Qb Vbcata 6 22X 1 30 20 161 72X kJ h 6 气幕带入显热 Qm 气幕包括封闭气幕和搅拌气幕 封闭气幕只设在窑头 不计其带入显热 取搅拌 11 气幕风源为空气 其风量一般为理论助燃空气量的 0 5 1 0 倍 取为 0 6 倍 所以 Vm 0 6Va 0 6 12 432X 7 46x Nm3 h 设 tm 20 查得 Cm 1 30 kJ Nm3 Qm Vm Cm tm 7 46x 1 30 20 193 96x kJ h 2 2 热支出项目 热支出项目 1 制品带出显热Q3 出烧成带产品质量Ggp 132 74 Kg h 出烧成带产品温度t3 1290 查得产品的平均比热C3 1 20KJ kg Q3 Ggp C3 t3 132 74 1 20 1290 205481 52KJ h 2 棚板及支柱带走显热Q4 棚板及支柱质量G4 947 92kg h 出烧成带温度t4 1290 t0 20 查得 C4 1 151 KJ Kg Q4 G4 C4 t4 t0 1407462 12KJ h 3 烟气带走显热Qg 烟气中包括燃烧生成的烟气和预热带不严密处漏入之空气 每小时离窑烟气体积Vg 15 43Nm3 Nm3 离窑烟气温度为 260 取 tg 300 Cg 1 41 KJ Nm3 Vgo 13 358Nm3 Nm3 由烟气计算公式 Qg Vgo a 1 L0 x Cg tg 10146 67xKJ h 4 通过窑墙 窑顶散失之热Q5 导热系数 高温莫来石绝热砖 0 22W m 纤维导热系数 0 11W m 预热带 烧成带长度之和54m 窑顶散热面面积 A顶 1 17 54 63 18 m2热流密度 1085 w m2 Q顶 1085 63 18 68550 3KJ h 侧窑散热面积A 1 8 54 2 194 4m2 热流q 734w m2 12 Q墙 194 4 734 142689 6KJ h Q5 Q顶 Q墙 211239 9KJ h 5 物化反应耗热 Q7 1 自由水蒸发吸热Qw 每小时入窑湿制品质量 Gsp 136 Kg h 干制品Ggp 132 74 自由水质量Gw Gsp Ggp 136 132 74 3 26 kg h 烟气离窑温度tg 300 Qw Gw 2490 1 93t 3 26 2490 1 93 300 10004 94 kJ h 2 其余物化反应热Qr 用Al2O3 反应热近似代替物化反应热 Ggp 132 74 Kg h Al2O3含量 19 65 Qr G3 2100 Al2O3 132 74 2100 19 65 54775 161 kJ h 故Q7 Qw Qr 10004 94 54775 161 64780 1 kJ h 6 窑车积蓄与散失 Q6 取经验数据 占收入的 15 7 其他热损失 Q8 取经验数据 占收入的 5 列出平衡方程 热支出 热收入 Q1 Q2 Qa Qb Qf Qm Q3 Q7 Qg Q5 Q6 Q8 Q4 7 1 3 列出热平衡方程式 因为 热收入 热支出 所以 Q1 Q2 Qf Qa Qb Qm Q3 Q4 Qg Q5 Q6 Q7 Q8 得出 x 78 45 kg h 7 1 4列出预热带及烧成带热平衡表并分析讨论 表8 1预热带 烧成带热平衡分析表 13 热收入热支出 项目 KJ h 项目 KJ h 1 坯体带入显热 25840 07 1 产品带出显 热 205481 526 12 2 棚板及支柱显 热 18256 940 54 2 棚板及支柱 显热 1407462 1241 94 3 燃料化学热显 热 3282096 9697 80 3 烟气显热 796006 2623 72 4 助燃空气显热 25357 550 76 4 窑墙 窑顶 散热 211239 96 29 5 窑车积散热 503429 7815 0 6 物化反应耗 热 64780 11 93 5 漏入空气显热 包括气幕漏入 风 27903 100 83 7 其它热损失 167809 935 0 总计 3356198 55100 00 总计 3356209 61100 0 通过预热带和冷却带的热平衡计算可以看出 热收入的主要来源是燃料的化学显热 而热支出主要是由烟气带走大部分热量 另外产品和棚板好友窑车也带走了相当的热 量 八 冷却带热平衡计算八 冷却带热平衡计算 8 18 1冷却带热平衡冷却带热平衡 8 1 1 热平衡计算及范围 热平衡计算基准为 1h 0 计算范围为 冷却带 8 1 2 热平衡框图 Q3 Q4 Q9 Q11 14 Q10 Q12 Q13 Q14 Q15 Q损 其中Q3 产品带入显热 Q4 棚板及支柱带入显热 Q9 窑车带入显热 Q10 冷却带末端送入空气显热 Q11 产品带出显热 Q12 棚板及支柱带出显热 Q13 窑车带走和向车下散失之热 Q14 抽送干燥用空气带走显热 Q15 窑墙 窑顶散热 Q损 其它热损失 8 1 3 热收入项目 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 205481 52kJ h 棚板及支柱带入显热Q4 此项热量即为预热 烧成带棚板 支柱带出显热 Q4 1407462 12kJ h 窑车带入显热Q9 预热 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 95 503429 78 478258 29kJ h 冷却带末端送入空气带入显热 Q10 空气量为Va ta 20 此温度下空气平均比热为ca 1 30kJ m3 Q10 Vacata 26Va kJ h 8 1 4 热支出项目 1 产品带出显热Q11 出窑产品质量G11 125 01kg h 出窑产品温度t11 60 此温度下产品平均比热 c11 0 896kJ kg 则Q11 G11c11t11 125 01 0 896 60 6720 54kJ h 2棚板与支柱带出显热Q12 出窑棚板及支柱质量 G12 947 92kg h 出窑棚板及支柱温度 t12 60 在60 是棚板及支柱比热为 c12 0 84 0 00026t 0 84 0 00026 60 0 8556kJ kg 15 则Q12 G12c12t12 947 92 0 8556 60 48662 42kJ h 3车带走和向下散失之热Q13 此项热量占窑车带走显热的55 所以Q13 0 55Q9 0 55 478258 29 263042 06kJ h 4抽送干燥用的空气带走显热Q14 若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 此温度下空气平均比热为c14 1 32kJ Nm3 则Q14 V14c14t14 Va 1 32 200 167VakJ h 5窑墙 窑顶散热Q15 高温莫来石绝热导热系数 0 22W m 纤维 0 11 W m 冷却带长度为36m 宽为1 17m 窑顶散热面积A 1 17 36 42 12m2 热流q 665w m2 则窑顶散热Qm 42 12 665 28009 8kJ h 一侧窑墙散热面积An 36 1 8 64 8m2 热流q 480 3w m2 则两侧窑墙散热Qm 64 8 480 3 2 62246 88kJ h 所以Q15 Qn Qm 90256 68kJ h 6 物化反应耗热Q7 不考虑制品所含结晶水 自由水蒸发 Qw T1 220 C1 1 42 KJ Kg G2s 3 26Kg h 结构水 Gjp 6 67kg h Qw G2s C1 T1 1018 42KJ Kg Qw1 Gjp C1 T1 2083 71KJ Kg Q7 Qw Qw1 3102 13kJ h 7 其他热损失 Q8 取经验数据 占收入的 5 16 8 1 5 热平衡方程式 因为 热收入 热支出 所以 Q3 Q4 Q9 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14 Q15 Qc Q8 解得Va 11067 17 Nm3 h 8 1 6 列冷却带热平衡表并分析讨论 表8 2冷却带热平衡分析表 热收入 热支出 项目 KJ h 项目 KJ h 1 产品带入显热 205481 528 66 1 产品带出显热 6720 540 29 2 棚板及支柱显 热 1407462 1259 1 2 棚板及支柱显热 48662 422 05 3 窑车显热 478258 2920 1 2 3 窑车带走和向车 下散失热 263042 0611 07 4 抽送干燥用空气 显热 1848217 3 9 77 79 5 窑墙 窑顶散热 90256 683 80 冷却带末端送入 空气显热 287746 42 12 1 2 6 其它热损失 118947 425 0 总计 2378948 35100 00 总计 2375846 5 1 100 00 从冷却带的热平衡计算可以看出 热收入主要是由棚板和窑车带入的 而热支出 主要是由抽送干燥用热空气带走热量 另外 窑车也带走和向下散失了相当一部分热 量 9 9 窑体材料概算窑体材料概算 9 19 1 优质高温莫来石质砖优质高温莫来石质砖材料概算材料概算 9 1 1 窑墙轻质粘土砖的用量为 该段窑长 墙高 该材料厚 2 15 15 1 8 1 8 2 15 5 1 86 2 0 23 61 824m3 17 考虑到损耗则为 61 824 1 4 5 64 6 m3 9 1 2 窑顶优质高温莫来石质砖的用量为 该段窑长 窑宽 该材料厚 90 1 17 0 23 24 219 m3 9 1 3 总用 优质高温莫来石质砖质量 质量为 61 824 24 219 1 0 86 038t 考虑到损耗则为 86 038 1 4 5 89 91t 9 29 2 轻质保温砖轻质保温砖材料概算材料概算 9 2 1 窑墙轻质高铝砖的用量为 该段窑长 墙高 该材料厚 2 15 15 1 8 1 8 2 15 5 1 86 2 0 115 30