年产50万平米釉面砖辊道窑毕业论文.doc

摘 要 本人设计是年产50万平米釉面砖辊道窑设计。窑炉总长84336mm，有效长84米，窑内有效宽是1.42米，烧成温度是1200摄氏度。燃料采用液化石油气，燃烧器采用高速烧嘴。我设计的辊道窑，窑体趋向轻型化，烧成质量好，产量高。本设计在窑尾将抽热风收集用于干燥，节能减排，倡导洁净生产，优化工作环境。关键词：快速烧成 辊道窑 保温 节能AbstractI designed annual output of 5 million porcelain decorating roller gas kiln design. Furnace length 84336mm, effective length 84 m, effective width of 1.42 meters, firing temperature is 1200 degrees Celsius. Vaporization of LPG fuel use, high-speed burner burner. I designed the roller kiln, the kiln towards lighter and firing good quality and high yield. The design of the kiln will pumping hot air collected for drying, energy conservation, promote clean production, optimize the working environment.Keywords: quick firing roller kiln insulation energy saving目录摘 要IAbstractI1.前 言12原始数据收集23.窑体主要尺寸确定43.1 确定窑内宽43.2 计算装窑密度43.3 计算窑长43.4 确定三带长度43.5 窑内高的确定64工作系统的确定74.1排烟系统74.2燃烧系统74.3冷却通风系统74.4窑体附属结构85.窑体材料及厚度的确定95.1 窑体材料节厚度的确定原则：95.2 窑体材料的选用96.燃料燃烧计算116.1助燃空气量计算：116.2 烟气量计算116.3 燃烧温度计算117.物料平衡计算137.1坯料组成（%）：137.2相关物理质量计算138.热平衡计算148.1坯料组成（%）：148.2热平衡示意框图148.3热收入项目：148.4热支出项目158.5列出热平衡方程188.6 列出预热带烧成带热平衡表198.7冷却风量的计算199.传动系统259.1 辊子的选择259.2 辊距的确定259.3 传动装置的选择259.4 传动联接方式259.5 辊子转速的选择2510. 管道尺寸、阻力计算及烧嘴、风机的选用2610.1管道尺寸计算2610.2阻力计算：2610.3风机选型2810.4风机选型表2910.5烧嘴选型2911.工程材料概算30致谢32参考文献331.前 言随着经济不断发展，人民生活水平的不断提高，陶瓷工业在人民生产、生活中都占有重要的地位。陶瓷的发展与窑炉的改革密切相关，一定结构特点的窑炉烧出一定品质的陶瓷。因此正确选择烧成窑炉是获得性能良好制品的关键。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,比如辊道窑。辊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；而辊道窑中空、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。产品单位能耗一般在20003500 KJ/Kg ，而传统隧道窑则高达55009000 KJ/Kg 。所以，辊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。在设计之初我在乐华陶瓷洁具集团工作、实习，该厂使用的窑炉是中窑设计、建造的。该窑长326米，内宽2.8米，利用余热干燥生坯，热效率高，温度控制准确、稳定，传动用齿轮传动，摩擦式联结辊筒，传动平衡、稳定，维护方便，无级调节，控制灵活。设计认为，通过仿制吸收其先进技术，又有主助于加深原窑的认识，更好管理窑炉。所以，本设计我借鉴该窑炉的设计思想，加上我个人的见解。 我设计的辊道窑是连续式窑。窑炉总长84米，内宽1.42米，烧成温度是1200摄氏度。燃料采用液化石油气。我设计的辊道窑，窑体趋向轻型化，烧成质量好，产量高，年产50万平米釉面砖辊道窑。本设计在窑尾将抽热风收集用于干燥，节能减排，倡导洁净生产，优化工作环境。2原始数据收集 景德镇陶瓷学院毕业设计（论文）任务书院（系） 材料学院 2011年 11 月 专业热能与动力工程班级热工08学生姓名赵运森指导教师胡耀江题目年产50万平米釉面砖石油液化气辊道窑设计主要研究内容和设计技术参数： 1、生产能力：50万平米/年2、产品名称：釉面墙砖 产品规格：50050011 mm3、年工作日：320天4、合 格 率：98 %5、坯体入窑水分：1.5 %6、燃 料：石油液化气 7、坯料组成(%)： SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO K2O Na2O 灼减67.52 16.34 2.26 2.74 0.81 2.06 2.45 5.82 8、烧成周期：68 min。9烧成温度：1200 10、烧成气氛：全氧化其他设计技术参数自定基本要求（含成果要求）：1、窑炉结构和工作系统合理，设计计算正确，独立完成，大胆创新。2、图纸清晰干净，规范齐全。图纸包括：窑体砌筑结构图、钢架结构和安装图、管路布置安装图、传动系统结构图、异形砖图等。3、设计说明书详细，含设计计算、材料概算等。说明书格式规范，A4纸打印。4、符合计算机绘图，外文应用等毕业设计要求。5、设计计算及优化使用EES(Engineering Equation Solver)软件。工作进度计划：第 14 周：参加毕业实习，继续学习相关知识。收集整理资料。熟悉EES软件。第 5-6 周：确定设计方案，进行设计计算。第 7 周：调整设计方案，构思设计草图。第 8-14 周：绘图，描图。撰写毕业论文。第 15 周：交毕业论文初稿给老师审改，继续研究工作。第16-17周：编写设计说明书，打印毕业论文，准备答辩材料。第 18 周：参加毕业答辩。 3.窑体主要尺寸确定3.1 确定窑内宽产品宽度为500mm,考虑烧成收缩为10%，则：坯体尺寸=产品尺寸/(1烧成收缩)=500(110%)=555.6mm两侧坯体与窑墙之间的距离取150mm,设置横断面并排砖数为2块，则窑内宽B=555.62+1502=1411.2mm,最后定窑内宽B=1.42m 3.2 计算装窑密度g=(1000555.6)20.50.5=0.9(m2/每米窑长)3.3 计算窑长年产量50万,烧成周期68分钟，年工作日320天，产品合格率为98%，则L=83.7m 辊道窑一般采用装配式，有若干节连接而成，由于制品尺寸为50050011mm,且棍棒在高温时会发生变形，考虑这些因素，设计棍棒中心间距为100mm，每节设20根棍棒，即每节长2000mm,节间连接长度为8mm,每节总长度为2008mm,则节数=83656/2008=41.6，取节数42节，则窑实际长度为L=200842=94376mm=84.336m3.4 确定三带长度参照同类产品辊道窑烧成曲线，花费三带长度：预热带（200900）取15节，长度为200815=30120mm，占总长15/42=35.7%烧成带(9001200）取11节，长度为200811=22088mm，占总长11/42=26.2% 冷却带(120080）取16节，长度为200816=32128mm，占总长16/42=38.1%各段温度划分及升温速率： 名称单元节温度/升（降）温速率/.min时间/min备注预热带142025035.56.47排烟段51125060030.911.33121560090046.46.47下设烧嘴段烧成带1619900105023.26.4720261050120013.211.33冷却带温度曲线图2729120075092.64.86急冷段303275045061.74.86缓冷段333945025026.511.3340422508035.04.86快冷段3.5 窑内高的确定 辊道窑的内高被辊子分隔成辊上和辊下两部分。对于辊上高的设置，要考虑下面四个方面：损坏的坯体能否顺利从棍棒之间掉下来；烧嘴的设置也有要有一定的高度；气体与坯体之间的换热强度；气流通畅与燃烧空间。而对于滚下高的设置而言，主要是损坏的坯体能否顺利从棍棒之间掉下去即保证处理事故的方便。从传热角度讲，烧成带以辐射传热为主，气体厚度要大点，内高稍高些，而预热带以对流换热为主，所以内高比烧成带低，使得横截面减小，流速加快，提高对流换热强度。所以，从理论上来说，对焙烧建筑瓷砖的辊道窑滚下高最好应大于砖对角线长度；但对于规格瓷质砖，按此计算会造成内高过大，既增大了窑墙散热，也不利于窑内传热。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，根据砖下落的可能性，辊下高只要大于三倍的辊距就可以了。内高的设置如下： 预热带（115节）预热带（1626节） 烧成带 冷却带（2729节） 冷却带（3042节）辊上高（mm) 350 450 350辊下高（mm) 350 350 350内高（mm) 700 800 700 4工作系统的确定 辊道窑的工作系统包括排烟系统、燃烧系统、冷却通风系统等，下面是各系统的初步安排。4.1排烟系统该窑采用准集中排烟，在第一、三、五节窑顶、窑底分别设置排烟口，上排烟口均由垂直支烟管圆管引出，下排烟口由4个垂直支烟园管引出，汇总到窑顶的排烟总管中，最后连接到排烟机排出。4.2燃烧系统该窑使用石油液化气作燃料，采用小流量多烧嘴系统，共装104只烧嘴。为了有利于快速升温和温度调节，在预热带后段600处就开始设置烧嘴，即第1215节的每节辊下设置2对烧嘴，交错布置。在烧成带的1626节，辊上下同时设置烧嘴，每节辊上下各设置2对烧嘴，辊上下烧嘴及对侧烧嘴均互相错开排列，并在辊上下方每个燃烧器对侧窑墙分别设置一个火焰观察孔，但如遇到事故处理孔，则取消观察孔。4.3冷却通风系统4.3.1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具有塑性，此时可以进行急冷，最好的方法是直接吹风冷却，即在第2729节辊上下设置横穿窑断面的冷风喷管（每节辊上设6根，辊下设4根），每根喷管上均匀地开有30mm的圆形出风口，对着制品上下均匀地喷冷风，达到急冷效果。4.3.2缓冷段：制品冷却到700400范围是，是产生冷裂地危险区，应严格控制该段冷却降温速率。为达到缓冷目的，一般采用热风冷却制品的方法，该窑在第3032节的辊上设置间冷风管，每节设8根。间冷风管为 50mm 的薄壁耐热钢管，从一侧窑墙 插入，另一侧窑墙顶出来。此外，第3339节窑顶每节设一个1420120的长方形抽热风口，经热风罩与调节闸板后通向抽热风总管。4.3.3快冷段：制品冷却至400以后，可以进行快速冷却。但由于制品温度较低，即使允许快冷也不容易达到。而此段冷却也很重要，若达不到快冷的目的，使出窑产品温度大于80是，即使在窑内没有开裂，也会因为出窑温度过高而出窑后炸裂，要加强该段的吹风冷却。在第40、41、42节窑顶设置轴流风机，每节并排装5台小型轴流风机，共装15台。4.4窑体附属结构4.4.1 事故处理孔本设计将事故处理设在辊下，且事故处理孔下面与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的砖坯碎片。为加强窑体密封，应尽量少设置事故处理口，而为了便于处理事故，两侧墙事故处理一般采用交错布置形式，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延长线与对侧内壁交点连线。取事故处理孔尺寸为300150mm.每节设两个，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填充，避免热气体外溢。4.4.2 观察孔与测温孔4.4.2.1观察孔：每个烧嘴的对侧窑墙设置直径50mm的观察孔，上窑墙观察孔的里面要向下打个斜角，以便可以观察窑内砖的走势情况及其它燃烧情况，当遇到了事故处理口时就不设置观察口。4.4.2.2测温孔：为严密监视及控制窑内温度制度，及时调节烧嘴开度，一般在窑道顶及火道侧墙留设若干测温孔，以安装热电偶。该窑在第11-12，17-18,24-25,28-29，32-33节连接处设置测温孔。4.4.3 膨胀缝窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免砌体开裂、挤坏，必须重视窑体膨胀的留设，窑墙、窑顶等砌体都要留设，一般每隔2m左右留设10-20mm膨胀缝，内填陶瓷棉或石棉。该窑在每节中部留设20mm膨胀缝，且耐火层与隔热层间错缝留设。4.4.4档板该窑在预热带与烧成带，烧成带与冷却带的急冷段，急冷段与缓冷段连接处三处设置了上下挡板4.4.5钢架结构每一钢架长度为2.008米，含钢架膨胀缝。全窑共42钢架结构，其高度、宽度随窑长方向会有所改变。钢架主要由轻质方钢管、等边角钢等构成，采用焊接工艺，并在焊接处除去焊渣、焊珠，并打磨光滑。窑墙直接砌筑在钢板上，钢架承担着窑墙和窑顶及附属设备的全部重量。5.窑体材料及厚度的确定5.1 窑体材料节厚度的确定原则：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；三是要考虑砖型及外形整齐。5.2 窑体材料的选用名称材质使用温度导热系数厚度低温段111节、3042节窑顶耐火层轻质粘土砖11500.35230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.1390窑墙耐火层轻质粘土砖11500.35230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑底耐火层轻质粘土砖11500.35130隔热层硅藻土砖1000以下0.1+0.000228t195中温段1215节窑顶耐火层轻质粘土砖11500.80+0.00026t230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑墙耐火层轻质粘土砖11500.80+0.00026t230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑底耐火层轻质粘土砖11500.80+0.00026t130隔热层硅藻土砖1000以下0.1+0.000228t195高温段1629节窑顶耐火层轻质高铝砖14000.46230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑墙耐火层轻质高铝砖14000.46230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑底耐火层轻质高铝砖14000.46230隔热层硅藻土砖1000以下0.1+0.000228t1956.燃料燃烧计算6.1助燃空气量计算：所用燃料为液化石油气，其组分查得如下表所示：H2CH4C2H6C2H4C3H8C3H6C4H10C4H8C5H12C5H10Qnet(MJ/Nm3)1065161515281013110在已知燃料组成的情况下，可用根据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液化石油气燃烧的理论空气需要量L0为：，将数值代入公式得L0=22.06.取空气过剩系数为=1.2，则实际需要空气量为：=1.222.06=26.472()6.2 烟气量计算 烟气量根据燃烧学知识用公式计算得，理论燃烧产物生产量V0为：将数值代入公式得V0=23.767(),实际燃烧产物生产量Vn为：将数值代入公式得Vn=28.179()6.3 燃烧温度计算理论燃烧温度计算公式： 式中 cr、ca、cg、燃料、空气及烟气的比热容，；L一定空气消耗系数()下的单位燃料空气消耗量，=L；V一定空气消耗系数下单位燃料燃烧生成的烟气量，；t、t燃料及空气的预热温度，。取室温20，此时空气比热为1.30； 液化石油气比热为3.91；(工业炉手册附表c-40)查表（燃料及燃烧表5-2）在t=2100时燃烧产物比热为：cg=1.8。 代入公式得到：2184.56|2184.56-2100|/2100=4.03%减速器主动链轮辊子链从动链轮主动螺旋齿轮从动螺旋齿轮棍棒传动轴辊子9.5 辊子转速的选择根据辊子转速的公式：L-窑长,mmt-烧成周期,mind-辊子直径,mmK-考虑到制品的滑动系数,一般取K = 1.05则: r/min10. 管道尺寸、阻力计算及烧嘴、风机的选用10.1管道尺寸计算排烟系统的管道计算 由预热带烧成带的热平衡计算可得出单位时间内的烟气量为Vg=41.4=41.427=1117.8(Nm3/h)，该窑在辊上共设32对350（mm)的排烟口，辊下共设34个的排烟口，则烟气进入排烟口的平均流速为：由于该辊道窑的排烟口都是直接用金属管道插入窑道内，从以上计算出的流速看，正好符合烟气在金属管道中的取值范围，说明排烟尺寸设计合理。上下排烟口均由的垂直支烟道引出，烟气在支烟道中流速为：排烟支管最后都汇总到窑顶的的排烟总管中，烟气在排烟总管上的流速随着排烟口汇入烟气量的增加而增大，最大流速为：10.2阻力计算：排烟风机阻力计算： 料垛阻力:根据经验每米窑长料垛阻力为0.5Pa，零压面位于一般位于预热带和烧成带交界处，设零压位在16节，则料垛阻力=162.0080.5=16Pa位压阻力hg烟气从窑炉至风机，高度升高H=2.0m，此时几何压头为烟气流动的动力，即负压阻力，烟气温度200，所以，hg=-H（a-g）g=-2.01.29273/（273+20）-1.30273/（273+200） 9.8=-8.82Pa烟气在烟道中流动时的局部阻力he局部阻力可由查表得：烟气从窑炉进入支管：=1；支烟管进入分烟管：=1；并90急转弯：=2；分管90急转弯：=2；分管进入90圆弧转弯：=0.3；分管90急转弯：=2；分管进入总管：=1；则烟道内局部阻力为he=（1+1+2+2+0.3+2+1）=201Pa摩擦阻力hf摩擦阻力系数：金属管道取=0.03，支烟道直径=200mm，长度=1m分烟道直径=350mm，长度=4.5m总烟道直径=600mm，长度=10mhf=（/+ /+ /）.=0.03（1/0.2+4.5/0.35+10/0.6）1.3=29Pa烟囱阻力忽略不计，风机应克服总阻力= hi + hg + he+ hf=237 Pa助燃风管道系统阻力计算 由上面计算可知，每小时的空气消耗量为；，取送风总管直径，则管内风速为符合要求。该窑助燃风机设置在烧成带最后一节，则助燃风总管长为。则摩擦阻力损失为局部阻力损失为：则总损失为（Pa)急冷风管道系统阻力计算 由热平衡可算得，急冷风量6789.9=4526.6Nm3/h，急冷风管道长度，取急冷送风管直径为，则风速为：。则摩擦阻力损失：局部阻力损失：则总损失为：抽热风管道系统阻力计算抽热风由1台大型号的风机承担有七个抽风口，总风量为，则每个抽风口的风量为，抽热风管总长等于冷却带窑体总长，即L=172.008=34.136m，这里只计算单个抽风口的阻力损失：取，则风速，按此算得摩擦阻力损失分为两部分，为抽热风管的损失，为送热风管的损失：，局部阻力损失总损失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6789.9=2263.3Nm3/h，快冷段设置了15台轴流风机则每台的送风量为V=151 Nm3/h；，风速，风机阻力忽略不计10.3风机选型 考虑实际运行时要留有余地，取风机余量系数为1.3，排出烟气平均温度为200，排烟量由热平衡求得为1117.8Nm3/h，则排烟机选型风量为：Q=1.31117.8=2518(m3/h)排烟机应具备的全风压力为： 助燃风机的选型： 取风机余量系数为1.3，助燃风量714.7Nm3/h，助燃风温度20，则助燃风机选型风量为：Q=1.3714.7=997.2(m3/h)，H=168.9pa急冷风机的选型： 取风机余量系数为1.3，急冷风量6789.9=4526.6Nm3/h，急冷风温度20，则急冷风机选型风量为：Q=1.34526.6=6315.7（m3/h),H=171.6pa抽热风机的选型：取风机余量系数为1.3，抽热风量6789.9Nm3/h,热风抽出温度为200，则抽热风机选型风量为：Q=1.36789.9=15293.4(m3/h)，H=440.4pa10.4风机选型表用途风机名称风机型号全压Pa风量m3/h电动机型号功率/kW排烟风机锅炉引风机Y8-39 397112214Y200L1-230助燃风机离心通风机9-26 5.6A14606050Y200L2-237急冷风机离心通风机4-68 88229017Y160M-411抽热风机锅炉引风机Y8-39 9D248043900Y225M-445快冷风机轴流风机T35-13.55AYSF-71320.7510.5烧嘴选型10.5.1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每个烧嘴所需的燃烧能力由于全窑共有104个烧嘴，且每小时燃料的消耗量为2972106KJ/h，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：29721061.5/104=42866.9Nm3/h烧嘴型号: WDH-TCA1011.工程材料概算11.1轻质粘土砖的概算:每块轻质粘土砖的体积第1节第11节，第30节第42节：取多余的砖的数量占总量的3.5%本窑共需轻质粘土砖的数量为： 块11.2轻质高铝砖:每块轻质高铝砖的体积第1629节轻质高铝砖的体积:取多余的砖的数量占总量的3.5%本窑共需轻质高铝砖的块数为: 块11.3硅藻土砖:每块硅藻土砖的体积第129节硅藻土砖的体积：取多余的砖的数量占总量的3.5%本窑共需硅藻土砖的块数为: 块11.4硅酸铝耐火纤维束：第1节第15节，第3042节共28节，每节的硅酸铝耐火纤维束的面积为：第16节第29节共14节，每节的硅酸铝耐火纤维束的面积为:本窑共需硅酸铝耐火纤维束的面积为：11.5钢材的概算：钢材的概算以窑的一节用钢材量为基准11.6方钢的概算：方钢使用604mm的钢材，侧横梁用钢长度上下横梁用钢长度11.7钢板的概算：在窑的底部铺设3mm的钢板，其用量11.8角钢的概算：角钢都使用56565等边角钢。底部角钢用量吊顶所用角钢为两根并排在烧成带用角钢固定烧嘴，其用量合计8.410.5=88.2m11.9全窑所用钢材量：方钢:钢板：4.342=180.6角钢: 致谢紧张和忙碌中，本次毕业设计已临近结束。从毕业实习至今短短的三个多月的时间，感谢胡耀江老师对我们设计任务的指导和关心。在他的帮助下我把大学四年所学知识，特别是专业方面的知识系统地应用于本次设计里，这次毕业设计一方面检验了我所学的基础及专业课程的熟练程度；也给了我机会把我所学知识融会贯通、加深理解、寻求创新。整个设计过程大大加深了我对窑炉结构工作系统的认识，为日后设计、控制窑炉打下坚实理论基础。就目前硅酸盐工业窑炉的发展趋势来说，现代的陶瓷窑炉己远非是昔日的土木砖石 “构筑物”，而早己变成了机电一体化、有较高技术含量的