隧道窑设计说明书年产600万件8寸盘隧道窑设计

1、目 录一、原始数据2二、窑体主要尺寸的确定3三、工作系统的确定5四、窑体材料及厚度的选择6五、燃烧系统计算6六、物料平衡计算7七、预热带及烧成带的热平衡计算8八、冷却带热平衡12九、烧嘴的选择15十、后记15十一、参考文献15一、原始数据1.1 设计题目：年产600万件8寸盘隧道窑设计1.2 设计技术指标、参数：坯料的化学组成（%）：sio2al2o3caomgofe2o3k2o+na2oi.l69.2019.960.870.490.883.125.48产品的规格：八寸 盘 直径=238mm 高度=40mm 单重： 0.37kg每件 坯体线收缩率 10%入窑水分 ：2.2%产品合格率：96%工

2、作日：320天夏季最高气温：38 oc烧成制度：周期19小时最高烧成温度：1320oc气氛制度：还原气氛燃料：焦炉煤气coh2ch4cmhnh2sco2n2o2qnet(mj/nm3)6.857.022.32.90.22.37.70.817.52窑具：sic棚板、sic支柱1.3 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：20500 4小时 预热带氧化气氛500950 2.5小时 预热带氧化气氛9501200 2小时 烧成带强还原气氛 12001320 1.5小时 烧成带弱还原气氛1320-1320 保温1小时 烧成带弱还原气氛 1320700

3、 2小时 急冷带700400 4.5小时 缓冷带40080 1.5小时 快冷带1.4 窑型的选择窑车式明焰隧道窑，棚板裸烧。二、窑体主要尺寸的确定2.1 坯体规格238/（1-10%）=264.44mm 40/（1-10%）=44.44mm 因此坯体规格：264.44mm*44.44mm2.2 窑内宽的确定装车方法的确定：（车上棚板的放置方法）沿车的长度方向装3行棚板，每个棚板的间距为20mm，与棚板车边间距为20mm。沿车的宽度方向装2行棚板，每个棚板的间距为40mm，棚板与车边间距为30mm。棚板采用的规格为：530*530*12 mm 支柱：40*40*50 mm 窑车车面的尺寸：le（

4、长）=1650mm be（宽）= 1160mm窑内宽=1160+20*2=1200mm2.3 窑内高尺寸的确定：1）为了方便计算，可将车上的棚板定位统一的高度，坯体在窑车内分18层放，则窑内高度为：（50+12）*18+4=1120mm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200mm高的通道（由50mm厚的耐火粘土板及粘土砖组成）窑车的高度为：h（车）=700+50+200=950 mm取拱心角=600，则窑车装载平面至拱脚高：为1120mm 2）拱高f的计算：拱顶拱心角:a=60o f=0.134*1200=160.8mmr=1048.57mm

5、侧墙的总高度（轨面至拱脚）：h=950+1120=2070mm则由窑车的台面到拱顶的高度为:h=1116+160.8=1280.8mm轨面至拱顶：h=950+1280.8=2230.8mm2.4 窑体有效长度的确定每块棚板制品装4件，则：装车密度ge= 4*6*18=432件/车装窑密度：432/1.65=261.818件/米窑长=（生产任务*烧成时间/年工作日）/成品率*装窑密度 =（60000000*19/320*24）/0.96*261.818 =62.99m窑内容车数：n=l/1.65=62.99/1.65=39辆窑车的有效长度为：n*1.65=64.35m2.5 窑体各带长度的确定预

6、热带长ly=（预热时间/总烧成时间）*总长=6.5/19*64.35=22m烧成带长ls=（烧成时间/总烧成时间）*总长=4.5/19*64.35=15.24m冷却带长lv=（冷却时间/总烧成时间）*总长=8/19*64.35=27.1m2.6 窑体总长度的确定考虑到窑车的受热膨胀，冷却带应增加0.3m,设进车室2m，出车室2m.窑体总长为l=64.35+0.3+2+2=68.65m推车时间：*60/n=19*60/39=29.23（分/车）每小时推车数：60/29.23=2.053（车/小时）三、工作系统的确定3.1 排烟系统在预热带2到9设置8对排烟口，每车位一对。1号车位气幕为封闭气幕，

7、窑顶和侧墙皆开孔。气体喷出方向与窑火气流成90度角。12号车位设置气氛气幕，烧成带前端950摄氏度至1050摄氏度设置一道气氛幕，这是气氛出氧化转为还原的位置，从冷却带抽热风由窑侧墙和窑顶成90度垂直吹入。3.2 燃烧系统在烧成带15号到26号车位设7对烧嘴相错分布，每车位一对，两侧相错0.8m，采用高速调温烧嘴，助燃空气不预热直接抽取车间空气，采用环形供风方式，使各烧嘴前压力基本相同。在预热带的窑顶每2个车位设置一个高速调温烧嘴，起到搅动作用。3.3 冷却系统冷却带9.03米长的急冷带，在27号车位设置急冷气幕，从窑顶和侧墙喷入冷空气。并且在28号和29号车位设置风机从窑顶和侧墙喷入冷空气。

8、缓冷带长18.07m，从31号到39号车位设7对热风抽出口，每车位一对。热空气经金属管道由热风机抽送干燥，再作为气氛幕用气体。快冷带在窑尾39号由冷却风机自窑顶和侧墙集中鼓入冷却空气对制品直接冷却。车下自12号到31号车位，每2个车位设置1个冷却风进风口，由车下冷风机鼓风冷却，并在5号车位排出。3.4 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，推动窑车在窑内移动。3.5 窑体的附属结构3.5.1 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500毫米，高1250毫米，分别设在11号车位和19车位。3.5.2

9、 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。3.5.3 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，必须留设膨胀缝。分别在4、8、11、14、16、18、21、24、28.31,36,39号车位设置20mm的膨胀缝。四、窑体材料及厚度的选择窑墙、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：温度范围（oc）窑墙材料及厚度（mm）窑顶材料及厚度（mm）轻质高铝砖硅藻土砖钢筋混凝土轻质高铝砖

10、硅酸铝耐火纤维蛭石钢筋混凝土进车室808020 oc-950 oc23023023050100950oc-1310oc230460230501001310 oc-80 oc23023023050100出车室8080五、燃烧系统计算理论空气量：本设计燃料采用焦炉煤气，其成分组成如下表所示:焦炉煤气coh2ch4cmhnh2sco2n2o2qnet(mj/nm3)6.857.022.32.90.22.37.70.817.52燃料所需要的空气，根据经验取空气系数为1.2，近似计算得： 0.26*17.52-0.25=4.31(m3/nm3) 实际空气量 =1.2*4.31=5.172 按照燃料的化学

11、成分计算理论烟气量：由经验公式=+0.25=5.02 实际烟气量为：v=5.02+(1.2-1)*5.172=6.0544理论燃烧温度的计算：设空气温度 ，空气比热为ca1.30 kj/m3。焦炉煤气比热为：cf1.41 kj/ m3，ta=tf=20，燃烧产物温度查书本4-18。则理论燃烧温度为： t(qnet+ vacata+ cftf)/ vc =t即：6.0544*c*t=17797.2 当t=1800，c=1.66时，6.0544*1.66*1800=1787217797.2 当t=1600，c=1.64时，6.0544*1.64*1600=1569317797.2可以得到t=179

12、9相对误差：*100%=0.45%1%合理，取高温系数为=0.80。实际燃烧温度为1439.3比需要的温度高119.3，这符合要求有利于快速烧成，保证产品达到烧熟的目的。六、物料平衡计算1）每小时烧成制品质量gmgm=0.37*432*2.053=328.15kg/h2) 每小时烧成干坯质量ggpggp=gm*100/(100-il)=328.15*100/(100-5.48)=347.18kg/h3) 每小时入窑的湿制品质量gsp gsp=ggp*100/(100-w)= 347.18/(1-0.022)=354.99 kg/h4) 每小时蒸发自由水的质量g2sg2s=gsp-ggp=354

13、.99-347.18=7.81kg/h5)棚板及支柱的质量棚板的密度：p=2100kg/m3g2=（0.53*0.53*0.012*6*15+0.04*0.04*0.05*6*15*4）*2.053*2100=1432.1 kg/h七、 预热带及烧成带的热平衡计算7.1 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。7.2 热平衡框图 qf qa qa q2 qgq1 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-

14、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 q7-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2.2%自由水,gsp=ggp*100/(100-w)=347.18/(1-0.022)= 354.99kg/h入窑制品温度t=20 入窑制品比热取为:c1=0.95kj/kg ocq1=g1*c1*t=354.99*0.95*20=6744.81 kj/h2.棚板及支柱带入的显热q2c=0.963 kj/kgq2=g2*c*t=1432.1*20*0.963=27582.246 kj/

15、h3.燃料带入化学qf 已知qn=17520kj/nm3 入窑温度t=20 查表得，c=1.99 kj/kg 设每小时燃气x千克qf=x(17520+1.99*20)= 17559.8x kg/h4.助燃空气带入qa 燃料所要空气量va=4.31m3/m3空气温度t=20,可得：c=1.3 kj/nm3 qa=va*c*t=4.31x*1.30*20=112.06x kj/h5.漏入空气qb预热带取空气系数 a=1.10理论空气量 voa=4.741nm3/nm3烧成带取空气系数 a=0.95va=x*(ag-af)vo=x*(2.5-0.95)*4.741=7.348x nm3/nm3qb=

16、 va*c*t=7.348x*1.30*20=191.05x kj/h2、热支出项目 制品带出显热q3出烧成带产品质量g3=328.15kg/h(不考虑灼减)出烧成带产品温度t3=1320查得产品的平均比热c3=1.20kj/kgq3=gm*c*t=328.15*1320*1.20=519789.6 kj/h 棚板及支柱带走显热q4棚板及支柱质量g4=1432.1kg/h出烧成带温度t4=1320c4=0.96+0.000146t*1320=1.153 kj/kgq4=g4*c4*1320=2179446.72kj/h 烟气带走显热qg1烟气中包括燃烧生成的烟气即预热带不严密处漏入之空气外离窑

17、烟气体积 vg=vog +(ag-1) voax+vm离窑烟气温度一般为200-300， 先取tg=250 cg=1.44 kj/kgqg=vg*cg*tg= vog+(ag-1) voax+vm*cg*tg=5.02+（2.5-1）4.741x+1500*1.44*250 =4367.34x+540000kj/h 通过窑墙、窑顶散失之热q5铝砖导热系数 高铝砖=0.662+0.08*10-3*t硅藻土砖导热系数 硅藻土砖=0.11 w/(m)硅酸铝耐火纤维束导热系数 纤维= 0.2 w/(m) 蛭石导热系数 蛭石=0.052 w/(m)预热带、烧成带长度之和22+15.24=37.24m,

18、单侧窑墙散热：温度范围 热流 w/m2 散热 kj/h20-500 99.17 1505.83500-900 291.08 2762.52900-1200 234.97 1784.061200-1310 275.11 1784.061310 287.43 1091.2两侧窑墙散热：（1505.83+2762.52+1784.06+11784.06+1091.2）*2=17336.67kj/h窑顶散热面面积：a顶=2*1.04857*1/6*37.42=40.89m2窑顶散热：温度范围 窑顶面积m2 热流 w/m2 散热 kj/h20-500 14.94 95.77 1430.9500-900

19、9.33 281.77 2631.2900-1200 7.46 425.06 3175.051200-1320 5.6 498.18 27911320 3.73 520.58 1944q顶=1430.9+2631.2+3175.05+2791+11944=11972.15kj/hq5 =17336.67 +11972.15=29308.82kj/h5.物化反应耗热q6不考虑制品所含结晶水。1） 自由水蒸发qw t1=250 c1=1.44 kj/kg g=4.79kg/h2） 其余物化反应qr 制品中al2o3含量为19.96%物化反应：q7= qw+qr= ggp*2100* al2o3%+

20、 gw*(2490+1.93tg) =2135215.289kj/h6.其他热损失q7取经验数据，占收入的5%7.3 列出平衡方程热支出=热收入6744.81+27582.246+17559.8x+112.06x+191.05x=(519789.6+2179446.72+4367.34x+540000+29308.82+2135215.289)/0.95得出：x=416.65即 每小时需要液化气416.65 nm3。7.4列出预热带及烧成带热平衡表并分析讨论 表7-1预热带、烧成带热平衡分析表热收入热支出项目kj/h%项目kj/h%1.坯体带入显热6744.810.0981.产品带出显热519

21、789.66.972.棚板及支柱显热27582.2460.3682.棚板及支柱显热2179446.7229.153.燃料化学热显热7316290.6797.853.烟气显热2359652.21131.564.助燃空气显热46689.7990.6244.窑墙、窑顶散热29308.820.35925.漏入空气显热79600.981.065.物化反应耗热2135197.58528.566.其它热损失373843.95总计7476878.505100.00总计7476878.505100.00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，

22、另外窑车和棚板也带走了相当的热量。八、冷却带热平衡8.1 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。8.2 热平衡框图q3 q4 q9 q11q10q12 q13 q14 q15 q损其中q3产品带入显热 q4棚板及支柱带入显热 q10冷却带送入空气显热q11产品带出显热 q12棚板及支柱带出显热 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8.3 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=3519789.6kj/h 棚板及支柱带入显热q4此项热量即为预热、烧成带棚板、支柱带入显热：q4=2179446.72kj/h冷却

23、带送入空气带入显热q10ta=20,此温度下空气平均比热为ca=1.296kj/m3q10=vacata=25.92va kj/h8.4 热支出项目产品带出显热q11出窑产品质量g11=328.15kg/h,出窑产品温度t11=80,此温度下产品平均比热c11=0.896kj/kg则q11=g11c11t11=328.15*0.896*80=23521.792kj/h支柱带出显热q12出窑棚板及支柱质量：g12=1137.72kg/h出窑棚板及支柱温度：t12=80在80是棚板及支柱比热为：c12=0.84+0.00026t=0.84+0.00026*80=0.858kj/kg则q12=g12

24、c12t12=1137.72*0.858*80=78093.10kj/h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=264vakj/h窑墙、窑顶散热q15高铝砖导热系数 高铝砖=0.662+0.08*10-3*t硅藻土砖导热系数 硅藻土砖=0.11 w/(m)硅酸铝耐火纤维束导热系数 纤维= 0.2 w/(m) 蛭石导热系数 蛭石=0.052 w/(m)冷却带长度为27.1m,窑顶散热面积a=（2*1.04875*20.9）*1/6=22

25、.95m2两侧窑墙散热：温度范围 热流 w/m2 散热 kj/h1310-700 407.02 6153.9700-400 219.92 7482400-80 91.66 1039.5窑顶散热：温度范围 窑顶面积m2 热流 w/m2 散热 kj/h1310-700 7.439 398.78 2966.73700-400 12.74 212 3548.83400-80 5.576 88 491q15=6153.9+7482+1039.5+2966.73+3548.83+491=21682.96kj/h其他热损失q16取经验数据，占收入的5%8.5 热平衡方程因为：热收入=热支出所以：351978

26、9.6+2179446.72+25.92va=（23521.792+78093.10+264va+21682.96）/0.95解得va=22102.8 nm3/h即冷却带用空气量：22102.8 nm3/h8.6 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3519789.656.121.产品带出显热23521.7920.3752.棚板及支柱显热2179446.7234.752.棚板及支柱显热78093.101.2453.冷却送入空气显热572904.579.133. 抽送干燥用空气显热5835139.293.

27、034.窑墙、窑顶散热21682.960.355.其它热损失3136075.00 总计6272140.9100.00 总计6272140.9100.00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，而热支出主要是由窑墙和窑顶向外散失热量。另外，窑车也带走和向下散失了相当一部分热量。九、烧嘴的选择由于全窑共有19个烧嘴,且每小时燃料的消耗量为7316290.67 kj/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：63 12776.047*1.5/19=498377.06 kj/h十、窑体材料概算10.1 计算排烟系统的管道尺寸10.1.

28、1 排烟系统需排除烟气量： va=12.19b=12.19*216.57=2640nm10.2.1排烟口及水平支烟道尺寸共有10对排烟口，则每个排烟口的流量为：v=2640/20=132nm烟气在砖砌管道中的流速由经验取为w=1m/s则f=v/w=132/(1.5*3600)=0.02444排烟口高取两砖厚即0.204m则宽为0.02444/0.204=0.12,考虑砖型,取一砖长,即0.232m排烟口水平深度为0.46m10.1.3垂直支烟道尺寸由于烟气由排烟口至垂直烟道流量不变,流速相同,所以截面面积应相等.但考虑砖型,取垂直烟道为:宽*长=0.23*0.232,垂直深度定为0.9m10.

29、1.4水平烟道尺寸水平烟道内烟气流量为排烟口烟气量的4倍,流速不变则截面积应为排烟口的4倍,即:4*0.0321=0.128m2取宽为一砖半长,即0.345m则高为h=0.128/0.345=0.371考虑砖型,取高为0.340m,长定为6.75m10.1.5垂直支烟道上金属管道,直径为0.350m,长定为8m10.2阻力计算10.2.1料垛阻力hi 根据经验取得每米窑长料垛阻力为1pa,设零压在第一个高速烧嘴处,最末一对排烟口在第2车位末,每车位长2m,则hi=(14-2)*2ccc1=24pa10.2.2位压阻力h2 烟气从窑炉至风机,高度升高h=1.5m,此时几何压头为烟气流动的动力即负

30、压为阻力,烟气温度250.c,所以h2=-h(ph-pg)*g =-1.5*1.29*273/(273+20)-1.3*273/(273+250)*9.8 =-7.65pa10.2.3局部阻力h3 烟气从窑炉进入支管:&1=0.5;90.转弯到垂直支烟道,&2=2;90.转弯至水平烟道&3=2;在水平烟道中与另三个排烟口的烟气经三次90.合流&4=3*2;与同一水平烟道另一边的烟气180.合流&5=3;至垂直烟道,然后90.转弯&6=2;与另一侧垂直烟道180.合流,&7=3;再90.转弯,&8=2;与车下泠却风90.合流,&9=2;至风机与车下泠却风合流后,流量增加1730nm3/h.但管道直径未变,此时流速为5nm/sh3=