03隧道窑课程设计说明书

1、成都理工大学窑炉设计说明书 题目：设计一条年产卫生陶瓷 24 万大件的隧道窑 学号： 姓名： 学院：材料与化学化工学院班级： 指导教师：叶巧明刘菁一、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

2、； 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。二、设计任务与原始资料1 课程设计题目 设计一条年产卫生陶瓷 24 万大件的隧道窑2 课程设计原始资料(1) 、年产量： 24 万大件/ 年；(2) 、产品规格

3、：400*200*200mm干制品平均质量10Kg/件;( 3)、年工作日： 350 天 / 年 ;( 4)、成品率： 85%；( 5)、燃料种类：天然气，热值 QD=36000KJ/Bm3;(6)、制品入窑水分： 2.0%；( 7)、烧成曲线：20970C, 9h;970 1280C, 4h;1280C，保温 1h;128080C, 14h;最高烧成温度1280C，烧成周期28h。3 课程设计要求( 1 )、课程设计严格按照成都理工大学课程设计(学年论文)工作管理办法进行 规范管理;( 2)、要求提交窑炉设计说明书一份，设计图二张(隧道窑剖面图及隧道窑工作系统 图);(3) 、要求计算正确，

4、设计合理，文图相符，课程设计报告 3000字(含数据表、插 图);( 4)、采用学校规定的“成都理工大学学生的撰文专用稿纸”，参照学校规定的毕业 设计(论文)撰写格式要求(含数据表、插图)，撰写或编排打印课程设计;参照学 校规定的毕业设计 (论文)装订结构， 课程设计报告、 图纸等一并装入学校规定的 “成 都理工大学学生专为资料袋”。三、烧成制度的确定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：20 970 C，9h;预热带970 1280C，4h;烧成带1280C，保温1h;保温阶段1280 80C，14h;冷却带烧成周期 :28小时2、

5、窑型选择 卫生瓷是大件产品，采用普通窑车隧道窑。由于考虑到燃料为城市煤气，经过净化处 理，不会污染制品。若再从窑的结构上加以考虑，避免火焰直接冲剧制品，所以采用 明焰露袭的形式 （制品不袭匣钵 ），既能保证产品质量， 有增加了产量，降低了燃料消耗， 改善了工人的操作条件，并降低了窑的造价，是合理的。四、窑体主要尺寸的确定1、窑主要尺寸的确定。为使装车方便，并使窑内温度均匀，快速烧成，采用单层装车的办法，即窑车上只放一层制品。根据几种装车方法确定：窑车长乂宽= 1500X 870mm平均每车装制品 11件/车，干制品的平均质量为每件10Kg，则每车装载量为110Kg/车。=240000X 28-

6、 350- 24+（ 0.85 X 11- 1.5 ）=128.34m窑内容车数： n=128.34/1.5=85.56 辆取 86辆则窑车有效长度为： 86X 1.5=129m2、窑体各带长度的确定预热带长Ly=（预热时间/总烧成时间）X总长=9/28 X 129=41.46m烧成带长Ls=（烧成时间/总烧成时间）X总长二（4+1） /28 X 129=23.04m冷却带长Lv=（冷却时间/总烧成时间）X总长=14/28 X 129=64.5m设进车室2m 出车室2m 则窑总长为129十2十2= 133m窑内宽B根据窑车和制品的尺寸取800mm窑内侧墙高（窑车挂9z面至拱脚）根据制品最大尺寸

7、（并留有空隙）定为500mm拱心角口取60,则拱高J= 0. 13640. 134X 800 = 107mm轨面至窑车衬砖面高660mm为避免火焰直接冲击制品，窑车上设300mr高之通道（由40m厚耐火粕土板及耐火粘土砖柱组成）。见图1 44剖面66。侧墙总高为（轨面至拱脚）H = 500十300十40十660= 1500mm窑内容车数 86辆推车时间：28x 60/86=19.5min/ 车小时推车数：60/19.5=3.08车/h五、工作系统的安排在预热带 224号车位设 23对排烟口，每车位一对。烟气通过各徘烟口到窑墙内的 水平烟道，由9号车位的垂直烟道经窑顶金后管道至徘烟帆， 然后由铁

8、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、 6号、 1 1号车位有三运气幕。其中 1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧培皆 开孔，气体喷出方向与窑内气流成 90。声。6号和11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 2829号一4243号车位设14对携烧室，不等距分布，两测相对排列。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，各烧最前 压力基本相同。冷却带在44 50号车位处，有10m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

9、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 C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43号车位有10m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，将丙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5260号车位设12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： 3号车位处用金届管道由热风机拍送干燥。窑后； 4号车位处，由冷却风 机

10、自窑顶和侧墙集中鼓入冷却空气。车下自2865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 5号车他处由排姻机排走。烧成带前后，即 28号、 43号车位处，设两对事故处理口。六、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。七、燃料燃烧计算1、燃烧所需空气量该窑用天然气，其热值 QD=36000KJ/Bm3;理论空气量： Voa=0.26QD/1000-0.25=9.524;实际空气量：取空气过剩系数a =1.29Va=a 7=1.

11、29 X 9.524=12.286Bm3/Bmi;2、燃烧产生烟气量 理论烟气量：Vo=0.26QD/1000+1.02=0.26*i6000/1000+1.02=10.i8Nm i/Nmi) 实际烟气量V=Vo+( a -1 )Voa=10.i8+(1.29-1 )*9.524=1i.14(Nmi/Nmi)3、燃烧温度理论燃烧温度 t th=(Qnet+CfTf+VaCaTa)/VC=(36000+3.12X20+12.286*1.3 XoC(1730-1688.3)/1688.3 X 100%=2.55噺以合理取咼温系数n =0.80则实际温度为 ：Tp=0.80*1688.3=1350.

12、6 oC比烧成温度1280C高70.6 C，认为合理 用经验数据决定燃料消耗量八、加热带热平衡计算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0C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QQQQ QQQQQQ其中Q-制品带入的显热Q2-棚板及支柱带入的显热Q-燃料带入化学热及显热Q-助燃空气带入显热Q-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Q-窑墙、窑顶散失之热Q6-窑车积散之热Q-物化反应耗热Q-其他热损失Q-废气带走显热2、热收入项目：(1) 制品带入显热Q用公

13、式计算 每小时入窑干制品：Gi = 110Kg/车 x 3.08=338.8(Kg/h)入窑制品含2%自由水，每小时入窑的湿制品为：Gi =338.8/ (1-0.02 ) =345.71 (Kg/h)入窑制品的比热随各地原料成分及分配方的不同而变化，一般在0.841.26KJ/kg*C范围。现取平均比热c, =0.92KJ/kgC入窑制品温度t1=20C则 Q1=G c t1 =6361.06 (KJ/h)(2) 垫板及支柱带入显热Q2：此窑制品不装匣体，亦不用棚板，为避免火焰冲击制品，窑车上有耐火粘土热 垫板及支柱组成的火焰通道。垫板与支柱窑吸热，根据器体积、密度可求得每 车质量为158.

14、1Kg。G2=158.1*1.5=237 (Kg/h)C2=0.845(KJ/kg. C)根据公式可得 Q2=237*0.845*20=4005.3(Kg/h)(3) 燃料带入化学热及显热Qf；QD=36000KJ/Bmm 入窑天然气温度，t=20C查手册，此温度下的天然气平均比热为；Cf=3.12根据公式可得；Qf=x(QD+tf Cf)=x(36000+3.12*20)=36062.4x (Kg/h)(4) 空气带入显热 Qa; 全部助燃空气作为一次空气。燃料所需空气量有 1-10 求得。3Va=12.286xBm3/h助燃空气温度ta=20C查手册，在20C时空气的平均比热为；Ca=1.

15、30(kJ/kgC)根据公式可得Qa=Va*Ca*ta=12.286X 1.3 20=319 XKJ/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=2.5,由利1-10中已求出理论空气量 V=9.524Bm3/Bm3;烧成带燃料燃烧时的空气过剩系数 af=1.293 Va=x(2.5-1.29)*9.524=11.52xBm3/h漏入空气温度为 ta=20C 查手册， Ca=1.30kJ/kg.C根据公式可得；Q、a=V、a*C、a*t、a=11.52x*1.3*20=299.5xkJ/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

16、抽来，其带入之显热由冷却带热平衡计 算为； Qm=216000kJ/h3、热支出项目 :(1) 产品带出显热 Q3出产品带出质量 G3=338.8Kg 出烧成带产品温度 t3=1280 C 查手册，得产品平均比热； C3=1.20kJ/kg.C 根据公式可得： Q3=338.8*1.20*1280=520396.8 kJ/h( 2 )垫板支柱带走显热 Q4垫板、支柱质量： G4=237kg/h 出烧成带垫板、支柱温度， t4=1280C 查手册，次时粘土垫板、支柱的平均比热为： C4=1.178kJ/kg.C根据公式得： Q4=G4*C4*t4=237*1.178*1280=357358kJ/

17、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=1552Bm/hoo 离窑烟气体积； Vg=V g+(ag-1)V ax+Vm 离窑烟气温度一般为200300G 现取 tg=250 C查手册，此时烟气的平均比热为；Cg=1.44kJ/mA3. C根据公式得：ooQg=V g+(ag-1)V ax+Vm*Cg*tg =10.38+(2.5-1)*9.524*x+1552*1.44*250 =8880x+558720kJ/h(4) 通过窑墙，窑顶散失的热 Qs 根据各处材料的不同，并考虑温度范围不能

18、太大，将预热带窑墙分为四段计算其 向外散热，一侧散热：第一段；20-750C，长 15 米，散热，8200kJ/h第二段；750970C，长 5.25 米，散热，7160kJ/h第三段；970-1280C，长 8.25 米，散热 13600kJ/h第四段；1280C，长3米，散热5800kJ/h一侧总散热： 34760kJ/h两侧总散热： 34760*2=69520kJ/h 窑顶按同样原则，计算结果为 112500kJ/hQs=69520+112500kJ/h=182020(5) 窑车积蓄和散失之热 Q6去经验数据，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

19、水自由水质量 Gw=345.71-338.8=6.91kJ/h烟气离窑温度tg=250C制品中A12O3含水量为25%根据公式可得；Q7=Qw+Qr=G(w2490+1.93tg)+Gr*2100*A12O3%=6.91*(2490+1.93*250)+338.8*2100*0.25=198409.98kJ/h(7) 其他热损失 Q8 去经验数据，占热收入的 5%.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+Q82535+4005+36624x+319x+11.52x+216000=207360+357358+8880x+558720

20、+69520+11250+79079+(2535+4005+36624x+319x+11.52x+216000)*(90.25+0.05 )移项整理得 16989x=13845373X=51.74, 即每小时需要天然气 5 1 .74 Bm31、列出预热带及烧成带平衡表如下：热收入热支岀项目kJ/h%kJ/h%1.坯体带入显热30980.141.产品带岀显热25344011.992.垫板、支柱显热5323.50.252.垫板、支柱显热35735816.903.燃料化学热，显热1865868.687.923.烟气显热515323.224.374.助燃空气显热16505.060.784.窑墙、窑顶

21、散热1820208.605.漏入空气显热15496.130.735.窑车积、散热636687.3930.116气幕显热2160006.物化反应热966424.577.其他热损失73017.53045总计2122291.3100总计2114488.1100九、冷却带热平衡计算冷却带热平衡的计算，其计算方法与预热带，绕成带热平衡计算方法相同。先确 定热平衡计算基准：1h,0 C；划计算范围：冷却带；画冷却带热平衡示意图；列出热 收入、热支出的所有项目，然后解热平衡方程式。在这个热平衡方程式中也只能有一 个未知数，即冷却空气需要量 V(或可供干燥的热空气量)。其他一切项目都应已知， 或用U代替，或事

22、先用分段热平衡的办法算出，所以 U可求。而可供干燥的热空气抽 出且是由冷却空气鼓人员和助燃二次空气星决定的，亦可求。热收入的项目为高烧成带而进入冷却带时产品带入显热，棚板带入显热，窑车带入显 热，冷却空气带入显热等。热支出项目为离窑时产品带出显热， 匣钵，棚板带出显热, 窃车带出显热，窑堵、窑顶散热、抽送干燥热空气带走显热，作气暮气体带走显热， 其他热损失笨。计篡公式同预热带、烧成带。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：Q=520396.8kJ/h(2) 垫板、支柱带入显热Q此项热量即为预热、烧成带垫板、支柱带出显热:C4=357358kJ/h(3) 窑

23、车带入显热Q预热带、烧成带窑车散失之热约占窑车积、散热之5%而95沱积热带进冷却带。Q=0.95*Q6=0.95*5153323.2=489557.04KJ/h(4) 冷却带末端送入空气带入显热 Q。，用公式(1 62)计算：ta=20C，此温度下空 气平均比热查手册为：Ca=1.30KJ/m3* C。Qo=QCt a=VaX 1.3 x 20=26VKJ/h2、热支出项目：(1) 产品带出显热 Q11出窑产品质量 G11=135Kg/h出窑产品温度tii=80C查手册，此时产品平均比热，Ci=0.896kJ/kg. C根据公式( 1-64 )可得：Q11=G11C11t11=165*0.89

24、6*80=11827.2KJ/h(2) 垫板、支柱带出显热， Q12 出窑垫板、支柱质量： G12=267Kg/h出窑垫板、支柱温度：ti2=80C在80E是粘板、支柱的比热为：C2=0.84+0.000264t=0.858KJ/m 3* CQ12=G12C12t 12=18326.88KJ/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%，Qh=0.55 X Q9=0.55 X 48955.704=269256.37KJ/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

25、鼓入量 Va。设抽送干燥器用的空气温度为 200C： 此温度下的空气平均比热为：Ci4=1.32kJ/Bm3 CQ4=Va C14 t i4=Vax 1.32 X 200=264VkJ/h(5) 计算得，冷却带窑墙，顶散热为：Qi6=i00000kJ/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、=216000kJ/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*(207360+

26、357358+688817+26Va)= 11827.2+18326.88+269256.37+264Va+100000+216000 移项整理得： Va=1796.6019Bm3/h.即每小时有1796.6标准立方米，200C的热空气抽送干燥。4、列出冷却热平衡表及全窑热平衡表，方法同预热带、烧成带，此处从略。热平衡采用计算机辅助计算，可节约时间。并可制成软件包，便于变更条件时 采用十、烧嘴的选用级燃烧室的计算每小时燃料的消耗量求出为： X=73Bm3/h该窑共设 7 对烧嘴。每个烧嘴的燃料消耗量为：51.74十14=3.70(1)选用DW-3型涡流式短焰烧嘴，其生产能力为18Bm3/h,烧嘴前天然气压力800Pa,空气压力2000P&与其配合的烧嘴砖厚 230mm。( 2) 燃烧室体积3V=3.70 X 15500/1250000=0.08m燃烧室深为 :L=窑墙厚烧嘴砖厚=1.16-0.23=0.93m燃烧室面积：F=V/L=0.08/0.93=0.09mA2取燃烧室宽B为四个班砖宽，即4X (砖宽+灰缝)=4X (0.113+0.00