窑炉课程设计1

0 1 1 前言 前言 陶瓷工业窑炉是陶瓷工业生产中最重要的工艺设备之一 对陶瓷产品的产 量 质量以及成本起着关键性的作用 它把燃料的化学能转变成热能或直接把 电能转变成热能 以满足制品焙烧时所需要的温度 在期间完成一系列的物理 化学变化 赋予制品各种宝贵的特性 因此 在选择窑炉时 为了满足陶瓷制 品的工艺要求 应充分了解窑炉类型及其优缺点 考察一些与已投入生产的陶 瓷厂 然后结合本厂实际情况和必要的技术论证 方可定之 判断一个窑炉好 坏的标准 通常由以下几个方面来评价 1 能满足被烧成制品的热工制度要求 能够焙烧出符合质量要求的陶瓷制品 2 烧窑操作要灵活 方便 适应性强 能够满足市场多变的要求 3 经济性要高 包括热效率要高 单位产品的综合能源消耗要少 炉龄要长 4 容易实现机械化 自动化操作 劳动生产率高 5 劳动条件好 劳动强度小 环境污染小 以上几点 其中能否满足所烧制品的热工制度要求 是衡量陶瓷窑炉性能 好坏的重要技术指标 实际生产中 往往是力求使制品被烧使窑内温差尽量减 少 它是提高产品合格率的关键所在 隧道窑是耐火材料 陶瓷和建筑材料工业中最常见的连续式烧成设备 其 主体为一条类似铁路隧道的长通道 通道两侧用耐火材料和保温材料砌成窑墙 上面为由耐火材料和保温材料砌筑的窑顶 下部为由沿窑内轨道移动的窑车构 成的窑底 隧道窑的最大特点是产量高 正常运转时烧成条件稳定 并且在窑外装车 劳 动条件好 操作易于实现自动化 机械化 隧道要的另一特点是它逆流传热 能利 用烟气来预热坯体 使废气排出的温度只在 200 C 左右 又能利用产品冷却放热 来加热空气使出炉产品的温度仅在 80 C 左右 且为连续性窑 窑墙 窑顶温度不 变 不积热 所以它的耗热很低 特别适合大批量生产陶瓷 耐火材料制品 具有广 阔的应用前景 通过对上学期硅酸盐工业热工基础以及陶瓷工业窑炉的学习 本学期利用 4 6 周三周的时间进行窑炉课程设计 本次实践的设计任务是年产 500 件汤盘 天然气隧道窑设计 通过三周的努力设计 我也基本完成了任务 1 在本次设计实践过程中 我得到了指导老师的精心指导 这才使我能比较 顺利的完成此次设计任务 在此我向指导老师和设计过程中帮助过我的同学表 示感谢 由于本人所学知识有限 加之时间仓促 在设计过程中不可避免存在许多 的错误和不足 敬请老师多多指教 恳请斧正 设计人 李元 2013 年 10 月 14 日 2 2 2 设计任务书设计任务书 无非无非 1010 级窑炉课程设计任务书级窑炉课程设计任务书 1 1 设计任务设计任务 年产 650 万件汤盘液化气隧道窑设计 2 2 原始数据原始数据 1 1 汤盘汤盘 1 汤盘坯料组成 2 产品规格 210 40mm 0 27kg 块 3 入窑水分 1 0 4 产品合格率 95 5 烧成制度 烧成周期 22 小时 最高烧成温度 1300 温度曲线自定 6 窑具 SiC 棚板 SiC 支柱 尺寸自定 2 2 燃料燃料 液化气H2CH4C2H6C2H4C3H8C3H6C4H10C4H8C5H12C5H10Qnet MJ Nm3 1065161515281013110 3 3 夏天最高气温 夏天最高气温 3838 SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2O Na2OI L 69 2019 960 870 490 883 125 48 3 3 3 窑体主要尺寸的计算窑体主要尺寸的计算 为减少窑内热量损失 提高热利用率 根据原始数据所给的清洁燃料液化 气 直接用明焰裸烧 并结合装载制品9英寸汤盘的重量大小 选定全耐火纤维 不承重型结构窑车 棚板 支柱均为碳化硅材料 以降低蓄散热损失 考虑到 全窑最高烧成温度为13000C 故碳化硅材料选用SiC 50 体积密度 2 2g cm3 最高使用温度 14000C 导热系数计算式 5 23 1 28 10 3t 棚板规格 长 宽 高 360 360 10 mm 棚板质量 310 310 10 10 6 2 2 2 11 Kg 支柱规格 长 宽 高 50 50 100 mm 支柱质量 50 50 100 10 6 2 2 0 55Kg 3 1 窑内宽的确定窑内宽的确定 3 1 1 汤盘规格 210 40mm 考虑烧成收缩为 9 则 坯体直径尺寸 产品尺寸 1 烧成收 缩 210 1 9 230 77 mm 坯体高度尺寸 产品尺寸 1 烧成收缩 43 96 mm 3 1 2 汤盘码放方法 采用窑车上设置棚板并 7 层码放 每块棚板放置一个汤盘坯体 棚板设置 规格为 5 6 其中 5 表示行数 6 表示列数 相邻棚板间距为 10mm 最底 层四周棚板与垫板相距为 15mm 每块棚板采用三个支柱 连线成等腰三角形 上下层棚板间距由支柱高度决定 为 100mm 3 1 3 窑车尺寸确定 车长 310 6 10 5 15 2 1940mm 车宽 310 5 10 4 15 2 1620mm 窑车架高 223mm 窑车衬面边缘用四层的轻质砖共 4 65 4 2 268mm 在窑车 的中部填充硅酸铝纤维折叠棉块上铺 1 层含锆纤维毡 窑车总高为 223 268 491mm 3 1 4 窑内宽的确定 隧道窑内宽是指窑内两侧墙间的距离 包括制品有效装载宽度与制品和两边 4 窑墙的间距 窑车与窑墙的间隙尺寸一般为 25 30mm 本设计中取用 30mm 则 热窑内宽 B 1620 30 2 1680mm 全窑宽 两侧外墙之间的距离 没有包括钢架 根据窑墙所选的材料材在预 热带 冷却带单侧窑墙厚度为 405mm 烧成带单侧窑墙厚度为 455mm 故 预热 带 冷却带全窑宽 405 2 1680 2490mm 烧成带全窑宽 455 2 1680 2590mm 3 2 窑长的尺寸确定 窑车每层装载制品数为 5 6 30 件 共 7 层 故每车装载制品数为 30 7 210 件 干制品质量 270g 则每车装制品质量为 270g 210 56 7kg 装 窑密度 g 每车装载件数 车长 210 1 94m 108 24 件 m 98 2m 94 121095 0 16 33024 10500 24 4 gK Dy G L G 生产任务 件 年 L 窑长 m 烧成时间 h K 成品率 D 年工作日 日 年 g 装窑密度 件 每米车长 窑内容车数 n 98 2 1 94 50 63 辆 取整数 51 辆 此时窑长 51 1 94m 98 9m 该窑采用钢架结构 设进车和出车室各 2m 故全窑长取 103m 分为 50 个标准节 每节长 2000mm 根据烧成曲线 各带烧成时间与烧成周期的比值 预热带取16节 烧成带 取15节 冷却带取19节 则各带长及所占比例为 预热带长 2 16 32m 占总长的32 烧成带长 2 15 30m 占总长的30 冷却带长 2 19 38m 占总长的38 3 3 窑内高的确定 为避免烧嘴喷出的高速火焰直接冲刷到局部制品上 影响火焰流动 造成 5 较大温差 窑车台面与垫板间 上部制品与窑顶内表面之间都设有火焰通道 其高度 大于或等于烧嘴砖尺寸 棚板下部通道取230mm 上部火焰通道取 239mm 因此 窑内高初定为 230 7 10 6 100 239 1139mm 由于具体的高度确定还跟选择的耐火砖尺寸厚度的整数倍有关 通常耐火 砖厚度取65mm 所以高度方向上耐火砖块数 1139 65 17 52 取18块 则高度 为 18 65 1170mm 灰缝 18 2 36mm 则预热带 冷却带窑内高 1170 36 1206mm 对于烧成带 内高增大一块标准砖的宽度134mm 所以内高 1206 134 1340mm 全窑高 轨面至窑顶外表面 在内高的基础上加上窑车高 预热带 烧成 带为1206 491 350 2047 烧成带为1340 491 450 2281mm 4 烧成制度的确定 烧成制度的确定 4 1 温度制度的确定温度制度的确定 表4 1 温度制度 温度 0C 时间 h 烧成阶段升 降 温速率 0C h 20 3002 0 预热带 140 300 6004 0 预热带 75 600 9003 0 预热带 100 900 13004 0 烧成带 100 1300 13001 0 烧成带 高火保温 0 1300 8002 0 冷却带 急冷带 200 800 4004 0 冷却带 缓冷带 100 400 802 0 冷却带 快冷带 160 6 4 2 烧成温度曲线烧成温度曲线 图 4 1 烧成温度曲线 5 工作系统的确定 工作系统的确定 5 1 预热带工作系统的确定预热带工作系统的确定 预热带共 16 节 其中第 1 5 节为排烟段 第 1 节两侧墙设置一道气幕 喷 入由冷却带抽来的热风 并在窑头上部设 1 对排烟口 后半节下部各设 1 对排 烟口第 2 节上部也加设 1 对排烟口 目的是使窑头气流压力自平衡 以减少窑 外冷风和向内侵入 其余每节在下部 棚板通道处 各设 2 对排烟口 为方便调节预热带温度 在第 5 10 节上部设置喷风管 每节设 3 根 一侧 2 根另一侧则设置一根 反复交替 两侧墙的喷风管成交错布置 这样有利于 调节该段温度制度 也能有效搅拌预热带断面气流 达到减小预热带上下温差 的目的 为提高预热带后段下部制品温度 进一步缩小预热带后段的上下温差 在 10 16 节下部设置高速调温烧嘴 每节设 3 只 高度就设在窑车棚板的下部通道 上 两侧墙则交错布置 两侧墙交替设置与喷风管设置相似 5 2 烧成带工作系统布置烧成带工作系统布置 第 17 31 节烧成带 第 17 18 节与预热带一样 仅在下部设置 3 只烧嘴 而从第 19 节开始 每节上下均布有高速烧嘴 上部设置 2 只 下部设置 3 只 7 上下两侧墙均呈交错布置 这样有利于烧成带温度制度的调节 5 35 3 冷却带工作系统布置冷却带工作系统布置 冷却带按照烧成工艺分成三段 第 32 37 节为急冷段 该段采用喷入急冷风直接冷却方式 每节上部设 5 对冷风喷管 下部设 4 对冷风喷管 上下喷管交错设置 第 38 45 节为缓冷段 第 40 节到 42 节的侧墙设置二段段间冷壁 每两节 作一段 顶部设有不锈钢间冷风箱 间冷壁及间冷箱均设有调节闸板 可根据 需要调节抽热风量 第 46 50 节为快冷段 为加强出窑前的快速冷却 在该段 55 61 节布置冷 风喷管 直接鼓人冷风 每节 6 对 上部 3 对 下部 3 对 5 4 传动系统 由窑车连续性传动 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 推动窑车在窑内运动 5 55 5 窑体附属结构窑体附属结构 5 5 15 5 1 测温孔及观察孔测温孔及观察孔 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 5 3 25 3 2 测压孔测压孔 压力制度中零压面的位置控制特别重要 一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 35 3 3 膨胀缝膨胀缝 窑体受热会膨胀 产生很大的热应力 因此在窑墙 窑顶及窑底砌体间要 留设膨胀缝以避免砌体的开裂或挤坏 本设计窑体采用装配式 每隔几米留宽 度为 50mm 的膨胀缝 内填矿渣棉 各层砖的膨胀缝要错缝留设 6 燃料燃烧计算 6 1 空气量 所用燃料为天然气 其组分如下表所示 8 天然气COH2CH4C2H4H2SCO2N2O2 MJ Nm3 net Q 0 20 295 63 50 30 10 1035 96 在已知燃料组成的情况下 可根据 硅酸盐热工基础 中相关的燃烧反应式列 表计算的方法 较为精确地求出燃料燃烧所需的空气量 生产烟气量及烟气组 成 1m3天然气燃烧的理论空气需要量 L0为 233 0222 113 L 4 76C 10 2242 nm m OHnC HH SOmm 将数值代入公式得 Lo 9 63 取空气过剩系数为 1 2 则 33 NmNm 实际需要空气量为 1 2 9 63 11 56 V 0 L 33 NmNm 6 2 烟气量 烟气量根据 硅酸盐热工基础 知识用公式计算得 理论燃烧产物生产量 V0为 02m222220 1 H2 N H0 79 2100 n m VCOHnCH SCOH OL 将数值代入公式得 V0 9 64 实际燃烧产物生产量 Vn为 33 NmNm 2m222220 121 H2 N H 0 00124 2100100 nnn m VCOHnCH SCOH OnLgL 将数值代入公式得 Vg 9 86 33 NmNm 6 3 燃烧温度 理论燃烧温度计算公式 gg aaarrd th cV LtctcQ t 式中 cr ca cg 燃料 空气及烟气的比热容 3 NmkJ L 一定空气消耗系数 下的单位燃料空气消耗量 L a 33 NmNm a L 0 V 一定空气消耗系数下单位燃料燃烧生成的烟气量 g 33 NmNm t t 燃料及空气的预热温度 ra 取室温 20 此时空气比热为 1 30 3 NmkJ 9 天然气比热为 3 91 3 NmkJ 查表 燃料及燃烧表 5 2 并初设烟气温度为 1800 此时烟气比热为 cg 1 67 3 NmkJ 代入上述公式得到 2184 56 11000020 3 91 1 3 20 26 472 28 179 1 8 th t 2184 56 2100 2100 4 03 5 所设温度合适 取高温系数为 0 8 则实际温度为 t 0 8 2100 1680 比最高温度 1300 高出 380 符合烧成需求 认为合 理 7 7 窑体材料及厚度的选择 窑体材料及厚度的选择 窑体材料及厚度的确定原则 一是要考虑该处窑内温度对窑体的要求 即 所 选用的材料长期使用温度必须大于其所处位置的最高温度 二是尽可能使窑体 散热损失要小 三是要考虑到砖型及外形整齐 根据上述原则 确定窑体的材 料 及厚度如下 10 窑墙窑顶 节位置 温度段 材质 厚度 mm 该段厚 度 mm 材质 厚度 mm 该段厚 度 mm 轻质粘 土砖4 230 硅藻土砖1 115 轻质粘 土吊顶砖 250 矿渣棉 50 排烟段 1 5 20 300 陶瓷棉 10 405 普通硅酸耐 火纤维板 100 350 轻质粘 土砖 230 硅藻土砖 115 轻质粘土 吊顶砖 250 矿渣棉 50 预热升温段 6 11 300 950 陶瓷棉 10 405 普通硅酸耐 火纤维板 100 350 轻质高 铝砖 230 轻质高铝吊 顶砖 250 轻质粘 土砖 115 含铬耐火纤 维毡 100 含铬耐火 纤维毡 100 烧成段 12 21 950 1310 陶瓷棉 10 455 普通硅酸耐 火纤维板 100 450 轻质粘土 砖 230 硅藻土砖 115 轻质粘土吊 顶砖 250 矿渣棉 50 急冷段 22 25 1300 800 陶瓷棉 10 405 普通硅酸耐 火纤维板 100 350 轻质粘土 砖 230 硅藻土砖 115 轻质粘土吊 顶砖 250 矿渣棉 50 缓冷段 26 31 800 400 陶瓷棉 10 405 普通硅酸耐 火纤维板 100 350 轻质粘土 砖 230 硅藻土砖 115 轻质粘土吊 顶砖 250 矿渣棉 50 快冷段 32 38 400 80 陶瓷棉 10 405 普通硅酸耐 火纤维板 100 350 11 8 物料平衡计算 物料平衡计算 210 40mm 平盘的坯体成分组成如下表 1 每小时烧成制品的质量 Gm 成品每件质量 270g 则每车制品质量为 270g 210 56 7kg 推车速度 90 车 22 时 4 车 时 推车速度 每车载重 4 56 7 226 8 kg h m G 2 每小时入窑干坯的质量Gg Gg Gm 226 8 239 95kg h IL 100 100 48 5100 100 3 每小时入窑湿坯的质量Gs Gs Gg 239 95 241 15kg h 含水量为 0 5 100 100 5 0100 100 4 每小时蒸发的自由水量Gz Gz Gs Gg 241 15 239 95 1 2kg h 5 每小时从精坯中产生的CO2质量 G CaO Gg CaO 239 95 0 87 2 08kg h G Gg MgO 239 95 0 49 1 17kg h MgO Gco Gc o G 2 93kg h 2a oMc Mco a 2 MgO MgO M Mco2 SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2O Na2OI L 69 2019 960 870 490 883 125 48 12 6 每小时从精坯中排除结构水的质量 Gi Gi Gg IL Gco 239 95 5 48 2 93 10 22kg h 2 7 每小时入窑窑具的质量 Gb 窑具主要是支柱和棚板 单个棚板质量 310 310 10 10 6 2 2 2 11 Kg 单个支柱质量 50 50 100 10 6 2 2 0 55 Kg 棚板总重量 7 30 2 11 443 1 Kg 支柱总重量 6 39 0 55 128 70 Kg 窑具的质量 Gb 443 1 128 70 4 125 2358 68 kg h 9 9 热平衡计算 热平衡计算 9 19 1预热带及烧成带热平衡计算预热带及烧成带热平衡计算 9 1 19 1 1热平衡计算基准及范围热平衡计算基准及范围 热平衡计算以1h作为时间基准 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 9 1 29 1 2 热平衡框图热平衡框图 图 9 1 1 预热带和烧成带的热平衡示意图 其中 Q1 制品带入的显热 13 Q2 硼板 支柱等窑具带入显热 Q3 产品带出显热 Q4 硼板 支柱等窑具带出显热 Q5 窑墙 窑顶散失之热 Q6 窑车蓄热和散失热量 Q7 物化反应耗热 Q8 其他热损失 燃料带入化学热及显热 f Q Qg 烟气带走显热 助燃空气带入显热 a Q 预热带漏入空气带入显热 a Q 气幕 搅拌风带入显热 g Q 9 1 39 1 3热收入项目热收入项目 坯体带入显热Q1 由上面物料平衡计算可知入窑湿基制品质量Gs 241 15kg h Q1 kJ h 11s tc G 其中 Gs 入窑湿基制品质量 Kg h 入窑制品的温度 20 1 t 1 t 入窑制品的平均比热 KJ Kg 0 86KJ Kg 1 c 1 c Q1 241 15 0 86 20 4147 78 kJ h 棚板及支柱带入的显热Q2 22b2 ctGQ 其中 入窑硼板 支柱等窑具质量 Kg h Gb 2358 68 kg h b G 入窑硼板 支柱等窑具的温度 T2 20 2 t 入窑硼板 支柱等窑具的平均比热 KJ Kg 2 c 50 碳化硅硼板 支柱的平均比热容按下式计算 0 963 0 146t 0 963 0 000146 20 0 966KJ Kg 2 c 3 10 14 Q2 2358 68 0 966 20 45569 70 kJ h 燃料带入化学热及显热 f Q x kJ h f Q d Q f t f c 其中 燃料为天然气 低位发热量为 110000KJ m3 d Q 入窑燃料温度 入窑液化气温度为 20 f t f t 入窑燃料的平均比热 f c 3 NmkJ 20 时天然气比热为 3 91 f t f c 3 NmkJ x 每小时天然气的消耗量为 Nm3 h x 110000 20 3 91 110078 2 kJ h f Q d Q f t f cxx 助燃空气带入显热 a Q 全部助燃空气作为一次空气 燃料燃烧所需空气量 11 56 V 0 L xx aaoa tcLQ V aat c 助燃空气的比热与温度 a c a t 取助燃空气温度为 20 此时空气的比热为 1 30 a c 3 mkJ 11 56 1 30 20 300 56 kJ h a Qxx 从预热带不严密处漏入空气带入显热 a Q a Q xtcL aag 0 其中 离窑烟气中的空气过剩系数取 2 5 g 漏入空气与喷入风的比热与温度 分别取 20 1 30 a t a c 3 mkJ 2 5 1 2 9 64 1 30 20 325 83 kJ h a Q xx 15 气幕 搅拌风带入显热 g Q 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 75 倍 0 75 9 64 1 30 20 187 98 kJ h g Qxx 9 1 49 1 4 热支出项目热支出项目 产品带出显热 3 Q kJ h 333 tcGQ m 其中 出烧成带产品质量 在物料平衡计算中已得 239 95kg h m G m G 出烧成带产品温度 为 1300 此时产品平均比热 1 20 kJ kg 3 t 3 c 则 239 95 1300 1 20 374322 kJ h 3 Q m G 3 c 3 t 硼板 支柱等窑具带出显热 Q4 kJ h 4 Q 44b tcG 其中 棚板 立柱等质量 Gb 2358 68kg h 出烧成带棚板 立柱温度 t4 1300 此时棚板 立柱的平均比热 0 84 0 000264t 0 84 0 000264 1300 1 189 kJ kg 4 c 2358 68 1 189 1300 3700282 09 kJ h 4 Q 离窑废气带走显热 g Q 一般通过取离窑烟气中空气过剩系数 2 5 则其体积流量为 g 28 179 2 5 1 2 9 63 40 7 00 V ggg VL x xx 为保证排烟机的安全使用 离窑烟气温度不应该超过 300 则取离窑烟 气温度为 200 此时烟气比热 1 440 kJ Nm3 g c Qg Vgcgtg 40 7 1 440 200 11721 02 kJ h xx 16 窑体散热量 Q5 根据窑体砌筑材料的不同 将预热带和烧成带按不同材料与温度段将它们 分成五段 因此 预热带 烧成带窑体总散热为各段散热量之和 即 Q5 6789 52 5011 24 34383 80 27750 41 15559 40 13446 40 43103 56 25874 93 106057 36 66015 33 338539 KJ h 窑车蓄热和散失热量 Q6 取经验数据 占热收入的 10 物化反应耗热 Q7 1 自由水蒸发吸热 Qw Qw Gw 2490 1 93 tg 其中 入窑制品中自由水的质量 Gw 241 15 239 95 1 2kg h g GGS 1 93 烟气离窑时温度下的水蒸气平均比热 kJ kg 烟气离窑的温度 tg 200 则可得 Qw 8 25 2490 1 93 200 23727kJ h 2 结构水脱水吸热 w Q 6700 kJ h w Q w G 其中 入窑制品所含结构水的质量 kg h w G 6700 1Kg 结构水脱水所需热量 KJ Kg 物料平衡中已算出 16 52kg h w G 6700 16 52 6700 110684 kJ h w Q w G 3 其余物化反应吸热 r Q 用 Al2O3反应热近似代替 Gr 2100 Al2O3 KJ h r Q 其中 Gr 入窑干制品质量 kg h Gr 241 158 kg h 2100 1kg Al2O3的反应热 kJ Kg Gr 2100 Al2O3 241 15 2100 19 65 151269 24 kJ h r Q 则物化反应总耗热为 17 Q7 23727 110684 151269 24 285680 24 kJ h 其他热损失 Q8 根据具体情况 可对比现有同类型的窑加以确定 一般占总热收入的 5 10 本设计中取 6 9 1 59 1 5 列出热平衡方程式列出热平衡方程式 由热平衡方程 热收入 热支出 得出 Q1 Q2 Qf Qa Q3 Q4 Qg Q5 Q6 Q7 Q8 a Q g Q 即 6447 08 45569 70 110078 2 688 272 745 628 430 2xxxx 548856 3700282 09 16374 816 338539 0 1 285680 24 0 06Q收x 收 Q 解得 x 62m3 h 即单位时间液化气消耗量为 B 62m3 h 回带入上式最终得热收入 热支出 6992439 28 kJ h 由于单位时间产量为 346 5 kg h 液化气热值 Qd 110000 kJ m3 m G 则单位时间内产品热耗为 B 19743 6 kJ kg md GQ 9 1 69 1 6 列出预热带和烧成带热平衡表列出预热带和烧成带热平衡表 表 9 1 2 预热带和烧成带热平衡表 热 收 入热 支 出 项 目 kJ h 项 目 kJ h 坯体带入显 热 6447 08 0 1产品带走显热5488568 7 燃料化学 显热 6824848 4 97 6 棚板 立柱带 走显热 3700282 09 58 65 助燃空气 显热 42672 80 61 窑墙 窑顶带 走显热 338539 5 37 气幕 搅拌 风带入显热 26672 40 38烟气带走显热1015238 5916 11 漏入空 46228 90 66物化反应耗热285680 244 52 18 10 10 烧嘴选型烧嘴选型 10 110 1 每个烧嘴所需的燃烧能力每个烧嘴所需的燃烧能力 由于全窑共有 n 个烧嘴 考虑每个烧嘴的燃烧能力和烧嘴燃烧的稳定性 取安全系数 1 5 所以每个烧嘴的燃烧能力为 2640000 1 5 n 10 2 选用烧嘴应注意的原则 烧嘴的选用能适应和满足生产需要即可 应尽量避免不必要的浪费 其次 选用烧嘴必须和烧嘴的使用结合起来 在规定的负荷内保证火焰的稳定性 即 不要脱火也不要回火 并要保证在规定的条件下燃料完全燃烧 10 3 选用烧嘴 由于本设计的烧成带窑内宽达到 1910mm 为了保证断面温度的均匀与稳 定 通过资料查询选用广东施能燃烧设备有限公司生产的型号为 SIO 200 烧嘴 其主要参数为 火焰长度 1100mm 2400mm 出口速度为 80m s 燃气压力 2000 Pa 助燃空气压力 4200Pa 此烧嘴不需要专门的燃烧室 烧嘴砖直接砌筑在窑墙上即可 11 11 管道尺寸 阻力计算管道尺寸 阻力计算 11 111 1 排烟系统的设计排烟系统的设计 排烟量计算 取离窑烟气中空气过剩系数 2 5 则其体积流量为 g 气显热 棚板 立柱 带入显热 45569 700 65其他热损失419546 46 65 总计6992439 28100总计6308142 32100 19 28 179 2 5 1 2 9 63 40 7 00 V ggg VL x xx 25m3 h Vg 1017 5m3 hx 排烟口及水平支烟道尺寸 共有 15 对排烟口 则每个排烟口的烟气流量为 qv 0 379 30 0 01263m3 s 标准状态下烟气在砖砌管道中的流速为 1 2 5m s 流速太大则阻力大 流速太小则管道直径过大 造成浪费 现在取流速 v 1 5m s 烟道截面积为 A 0 01263 1 5 0 00842 m2 排烟口尺寸设计为高 宽 0 0842 0 1m 考虑到砌筑的方便 取高为 67 3 201mm 即实际排烟口尺寸为 高 宽 201 180mm 垂直支烟道尺寸 烟气由排烟口至垂直支烟道流量不变 流速相同 所以截面积应相等 取 截面尺寸为 180 115mm 垂直高度应和窑墙 车台面至窑顶 高度一样 为 1206mm 其水力半径为 R 0 13 m 114 0 201 0 2 0 1140 2014 窑墙以上部分用金属管道连接 考虑到实际流量 砌筑方法 垂直烟道的 当量直径等 取垂直金属烟道直径为 1 200mm 此部分垂直金属烟道高度约为 1 5 米左右 实际距离要以现场风机安装位 置等实际情况为准 水平主烟道尺寸 水平主烟道长度 8 米 直径 2 450mm 阻力计算 阻力计算应包括料垛阻力 位压阻力 摩擦阻力和烟囱阻力的计算之和 1 料垛阻力 h1 取经验数据 每米窑长料垛阻力为 1Pa 按理想情况假设 零压应在预热 带和烧成带相接的位置 即第 21 节 最后一对排烟口在第 7 节 每节长 2 米 则 20 h1 21 7 2 1 28 Pa 2 位压阻力 h2 风机与烟囱设在窑外的车间地面上 烟气从排烟口到风机 烟囱底部 位 置升高 2 0 米 取烟气平均温度为 200 H2 H a g g 1 0 1 3 1 3 9 8 20273 273 200273 273 9 04Pa 3 局部阻力 h3 烟气从炉膛内进入排烟口 突然缩小 取 1 0 5 v 1 5m s 90 转弯至垂直支烟道 取 2 2 v 1 5m s 垂直支烟道至分烟管截面突增 取 3 0 70 v 1 5m s 水平支烟道与水平主烟道成 90 转弯加突扩 取 4 2 v 1 5m s 5 2 v 5m s 再 45 下降至风机接口 取 6 0 5 v 5m s 则局部阻力 h3为 273 200273 95 0 2 5 5 02 273 200273 95 0 2 5 1 27 025 0 22 22 2 2 6 5 2 1 4 1 61 07 Pa 4 摩擦阻力 h4 对非圆形通道应求当量直径 d 水平支烟道当量直径和长度 砌筑部分 d1 0 13 m l1 0 45 m 通道周长 通道截面积 18 0 1 02 18 0 1 044 垂直支烟道当量直径和长度 金属管道部分 d2 0 117m l2 2m 水平支管道当量直径和长度 金属管道部分 d3 0 117m l3 1m 21 主烟道直径和长度 金属管道部分 d4 0 567m l4 10 m 摩擦阻力系数 金属管取 1 0 03 砌筑管道取 2 0 05 则有 h4 1 2 1 1 l d 2 1 2 w 2 2 l d 3 3 l d 4 4 l d 2 2 2 w 22 0 451 5273 20021102273 200 0 051 30 03 1 3 0 11722730 1170 1170 5672273 6 34Pa 5 烟囱阻力 h 1 烟囱尺寸 烟囱排出烟气量为 V 0 379m3 s 烟囱高度为 10 米 标准状态下取烟气在烟囱内的流动速度为 10m s 平均 温度为 100 其直径为 0 22m 取直径为 220mm 44 0 379 3 14 10 V d w 2 计算烟囱阻力 22 2 22 2732731010273 10 1 291 30 9 80 03 11 30 273202732000 222273 200 ag H hH d 132 8Pa 由于烟囱较矮 烟气在烟囱中的流速比较大 烟囱本身的抽力尚不能克服 烟囱本身的摩擦阻力及出口动压头的损失 因此烟囱本身也成为阻力作用 须 用风机来克服阻力 风机应克服的总阻力为 hx h1 h2 h3 h4 h 14 9 04 61 07 6 34 132 8 205 17Pa 11 211 2 助燃风管道系统阻力计算助燃风管道系统阻力计算 22 由上面计算可知 每小时的空气消耗量为 1641 26Nm3 h 62472 26 aB LLZ 取送风总管直径 则管内风速为符合要求 该窑280mm 3 0 Nm s 助风机设置在烧成带最后一节 则助燃风总管长为 则摩擦阻力损失为 8L 2 38273200 0 031 38 688 20 28273 f hPa 局部阻力损失为 2 3273200 0 88 1 389 2 2273 则总损失为 Pa 89 28 68897 888h 11 3 急冷风管道系统阻力计算急冷风管道系统阻力计算 由热平衡可算得 急冷风量为 急冷风管道长度 3 L3536 075 f Nmh 8 j Lm 取急冷送风管直径为 则风速为 则摩擦阻460mm 5 91 Nm s 力损失 2 5 91827320 0 031 312 7 20 46273 f hPa 局部阻力损失 2 5 9127320 22 1 0 5 1 3134 2273 L h 则总损失为 12 7 134146 7 hPa 11 4 抽热风管道系统阻力计算抽热风管道系统阻力计算 抽热风由两台相同型号的风机共同分担 总风量为 3 10608 225 x VNmh 则单台风机的风量为 抽热风管总长等于冷却带窑体总长 3 5304 11 x VNmh 即 L 34 m 这里只计算单台风机的阻力损失 取 则风速560dmm 按此算得摩擦阻力损失分为两部分 为抽热风管的损失 6 Nm s 1f h 为送热风管的损失 2f h 23 2 1 617273200 0 031 336 9 20 56273 f hPa 2 2 311273200 0 031 311 95 20 28273 f hPa 局部阻力损失 2 116273200 1224 1 3380 1 842273 l hPa 损失36 9 11 95380 1428 95 hPa 11 5 快冷送风管道系统阻力计算快冷送风管道系统阻力计算 由热平衡计算可得出快冷段送风量为 取快冷风管道 3 7072 15 l VNmh 则风速 按此算得沿程损失650mm 5 92 Nm s 2 5 921427320 0 031 312 84 20 8273 f hPa 局部损失 2 5 9227320 1 0 5 1 336 67 2273 l hPa 总损失12 8436 6749 51 hPa 11 611 6 风机选型风机选型 排烟风机 排烟量已由热平衡计算求出 为 Vg 1364 568 m3 h 这是标况下的风量 应 换算成实际状态下的风量 另外还要考虑实际运行时留有余地 取风机余量系 数 1 3 则排烟机选型风量为 3 0 273760273200 1 31 3 1364 5683073 53 273760273 gg Pt VVmh P 排烟机应具备的全风压力为 273 1 29 27320 1 31 3 156 54352 59 273 1 30 273200 a x g HhPa 助燃风机 助燃风机风量 按排烟风机计算步骤计算得 3 635 328 z LNmh 助燃风机应具备的风量为 全风压力 3 886 4 Vmh 127 25 HPa 24 急冷风机 冷却风量 急冷风机应具备的风量为 3 3536 075 f Lmh 全风压力 3 4933 67 Vmh 190 71 HPa 抽热风机 抽热风机应具备的风量为 3 5304 11 x VNmh 全风压力 3 11946 87 Vmh 900 HPa 快冷送风机 快冷风机应具备的风量为 3 7072 15 l VNmh 全风压力 3 9867 33 Vmh 64 363 HPa 现将全窑风机设备选型汇总如下表 用途 风机 名称 风机型号 风机转数 r min 风量 m3 h 风压 毫 米水柱 电机 型号 功率 Kw 台数 排烟 风机 锅炉引 风机 Y4 65 12 No 5 2000558586 JO2 31 2 32 助燃 风机 离心通 风机 G6