景德镇陶瓷学院 窑炉设计

1景德镇陶瓷学院窑炉课程设计说明书题目：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：周露亮二一三年10月20日2目录一：烧成制度的确定.3二：窑体主要尺寸的确定.3三：工作系统的确定5四：窑体材料以及厚度的确定6五：燃料燃烧计算7六：物料平衡计算8七：预热带加热带热平衡计算9八：冷却带热平衡计算13九：窑体材料概算16十:参考文献18十一:后记1834一：烧成制度的确定1.1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：202002小时预热带氧化气氛2008002小时预热带氧化气氛80010502小时预热带氧化气氛105012903小时烧成带氧化气氛129012902小时保温阶段12908002小时冷却带800605小时冷却带烧成周期:18小时1.2烧成曲线图如下：二：窑体主要尺寸的确定2.1、窑内宽的确定2.1.1、坯体规格因每件坯体尺寸为20040，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515515mm，支柱404055mm。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5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=5153+202+302=1645mm，宽Be=5152+302+20=1110mm，窑车与窑墙及窑顶间距为30mm，则窑内宽B=1110+302=1170mm。2.2、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=1860mm2.3、窑体有效长度的确定每块棚板制品装4件，则：装车密度=466=144件/车则装窑密度g=1441.645=87.5件/m则窑的长度L=3300000243301897%87.5=88.37m取90m2.4、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=L6/18=30m6烧成带长Ls=（烧成时间/总烧成时间）总长=L5/18=25m冷却带长Lv=（冷却时间/总烧成时间）总长=L7/18=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=1550=30%烧成带=1550=30%冷却带=2050=40%2.5本窑不设进车室，也不设出车室长三：工作系统的确定3.1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。3.2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。3.3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37对，下部3对，上下错开布置3.4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。3.5、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。3.6、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：8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：燃料燃烧计算5.1、燃烧所需空气量5.11理论空气量：Lo=可由经验公式计算根据经验低发热量Qnet取41800KJ/Nm3Lo=Qnet0.2/1000+2=418000.2/1000+2=10.36Nm3/Nm35.1.2实际空气量:对于液体燃料，空气过剩系数a=1.201.25，取a=1.2，则实际空气量：VLa=aLo=1.210.36=12.432Nm3/Nm35.2、燃烧产生烟气量5.21理论烟气量：根据经验公式计算9V=Qnet0.27/1000+（a-1）Lo=418000.27/1000+（1.2-1）10.36=13.358Nm3/Nm35.2.2实际烟气量取=1.2Vg=V+(-1)Lo=13.358+(1.2-1)10.36=15.43Nm3/Nm35.3、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/Nm3Cr=2.358KJ/Nm3设t=1700,则Cg=1.60KJ/Nm3tth=（Qnet+Crtr+CataLa）/（VgCg）=(41800+2.38520+1.32012.432）/（15.431.60）=1725.4(1725.4-1700)/1700100%=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=0.851725.4=1466.6oC比最高烧成温度高出176.6oC，符合烧成温度，认为合理。六：物料平衡计算6.1、每小时烧成制品质量Gm=416.7300=125010g=125.01kg6.2、每小时烧成干坯质量GgpGgp=Gm100/(100-I.L)=125.01100/(100-5.82)=132.74(Kg/h)6.3、每小时入窑的湿制品质量GspGsp=Ggp100/(100-W)=132.74100/(100-2.4)=136(Kg/h)6.4、每小时蒸发自由水的质量G2sG2s=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GMgOGCao=GgpCao=132.740.25=0.33(Kg/h)GMgO=GgpMgO=132.740.45=0.60(Kg/h)6.5.2、GCO2=GCaoMCO2/MCao+GMgOMCO2/MMgO10=0.3344/56+0.644/40=0.92(Kg/h)6.6、每小时从精坯中分解出的结构水质量GjpGjp=GgpIL-GCO2=132.745.72-0.92=6.67(Kg/h)6.7、棚板及支柱的质量每块棚板的质量：Gpb=51.551.513.22=8.54Kg每根支柱的质量：Gzz=445.53.22=0.28Kg每车棚板和支柱的质量：Gb=（8.5436+0.2872)=327.6Kg七预热带及烧成带的热平衡计算7.1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QfQaQaQmQ2QgQ1Q8Q3Q4Q5Q6Q7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11Q7-物化反应耗热Q8-其他热损失Qg-废气带走显热1、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=Ggp100/(100-W)=132.74100/(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/kgoCQ1=GspC1t=1360.9520=2584KJ/h棚板及支柱带入的显热Q2Gb=947.92C=0.963KJ/KgQ2=GbCt=947.920.96320=18256.94KJ/h3.燃料带入化学Qf已知Qnet取41800KJ/Nm3且0#柴油密度p为0.85g/cm3，入窑温度t=20查表得，C=1.84KJ/Nm3设每小时燃0#柴油x千克Qf=x(41800+1.8420)=41836.8xKJ/h4.助燃空气带入Qa助燃空气温度ta=20,20时空气比热容ca=1.30kJ/(m3)助燃空气实际总量La=12.432，总=LaX=12.432X(m3/h)Qa=总cata=12.432X1.3020=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=1.30KJ/（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).QbQb=Vbcata=6.22X1.3020=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12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=0.612.432X=7.46x（Nm3/h）设tm=20，查得Cm=1.30kJ/(Nm3)Qm=VmCmtm=7.46x1.3020=193.96x（kJ/h）2、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/kgQ3=GgpC3t3=132.741.201290=205481.52KJ/h2.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=1290t0=20查得C4=1.151KJ/KgQ4=G4C4(t4-t0)=1407462.12KJ/h3.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=300Cg=1.41KJ/Nm3Vgo=13.358Nm3/Nm3由烟气计算公式Qg=Vgo(a-1)L0xCgtg=10146.67xKJ/h4.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=1.1754=63.18m2热流密度=1085w/m2Q顶=108563.18=68550.3KJ/h侧窑散热面积A=1.8542=194.4m2热流q=734w/m213Q墙=194.4734=142689.6KJ/hQ5=Q顶+Q墙=211239.9KJ/h5.物化反应耗热Q71）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=GspGgp=136-132.74=3.26(kg/h)烟气离窑温度tg=300Qw=Gw(2490+1.93t）=3.26(2490+1.93300)=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=G32100Al2O3%=132.74210019.65%=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+Q47.1.3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14热收入热支出项目KJ/h%项目KJ/h%1.坯体带入显热25840.071.产品带出显热205481.526.122.棚板及支柱显热18256.940.542.棚板及支柱显热1407462.1241.943.燃料化学热显热3282096.9697.803.烟气显热796006.2623.724.助燃空气显热25357.550.764.窑墙、窑顶散热211239.96.295.窑车积散热503429.7815.06.物化反应耗热64780.11.935.漏入空气显热(包括气幕漏入风)27903.100.837.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8.1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Q3Q4Q9Q1115Q10Q12Q13Q14Q15Q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=0.95503429.78=478258.29kJ/h冷却带末端送入空气带入显热Q10空气量为Vata=20,此温度下空气平均比热为ca=1.30kJ/m3Q10=Vacata=26VakJ/h8.1.4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=125.010.89660=6720.54kJ/h2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+0.0002660=0.8556kJ/kg16则Q12=G12c12t12=947.920.855660=48662.42kJ/h3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=0.55478258.29=263042.06kJ/h4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/h5窑墙、窑顶散热Q15高温莫来石绝热导热系数=0.22W/(m)纤维=0.11W/(m)冷却带长度为36m，宽为1.17m,窑顶散热面积A=1.1736=42.12m2热流q=665w/m2则窑顶散热Qm=42.12665=28009.8kJ/h一侧窑墙散热面积An=361.8=64.8m2热流q=480.3w/m2则两侧窑墙散热Qm=64.8480.32=62246.88kJ/h所以Q15=Qn+Qm=90256.68kJ/h6.物化反应耗热Q7不考虑制品所含结晶水。自由水蒸发QwT1=220C1=1.42KJ/KgG2s=3.26Kg/h结构水Gjp=6.67kg/hQw=G2sC1T1=1018.42KJ/KgQw1=GjpC1T1=2083.71KJ/KgQ7=Qw+Qw1=3102.13kJ/h7.其他热损失Q8取经验数据，占收入的5%178.1.5、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=11067.17Nm3/h8.1.6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205481.528.661.产品带出显热6720.540.292.棚板及支柱显热1407462.1259.12.棚板及支柱显热48662.422.053.窑车显热478258.2920.123.窑车带走和向车下散失热263042.0611.074.抽送干燥用空气显热1848217.3977.795.窑墙、窑顶散热90256.683.80冷却带末端送入空气显热287746.4212.126.其它热损失118947.425.0总计2378948.35100.00总计2375846.51100.00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、窑体材料概算9.1优质高温莫来石质砖材料概算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）1.81.82+（15+5）1.8620.23=61.824m318考虑到损耗则为：61.824（1+4.5%）=64.6m39.1.2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=901.170.23=24.219m39.1.3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%）=89.91t9.2轻质保温砖材料概算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）1.81.82+（15+5）1.8620.115=30.912m39.2.2窑顶轻质保温砖的用量为：