窑炉课程设计

1、景德镇陶瓷学院课程设计说明书题目年产400万件汤盘柴油隧道窑设计题目学 号： 200910610208姓 名：欧阳X院（系）：材料科学与工程学院专业：热能与动力工程日期： 10.20-11.01目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1、前言1 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 2、烧成制度的确定22.1温度制度的确定22.2烧成曲线图2 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 3、窑体尺寸的计算33.1窑车棚板和支柱的选用

2、33.2窑长和窑宽及窑车尺寸的确定3 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 4、工作系统的确定54.1预热带工作系统的确定54.2烧成带工作系统布置54.3冷却带工作系统布置5 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 5、窑体及工作系统的确定65.1窑体65.2钢架65.3窑墙65.5测温、测压孔65.6曲封、砂封和车封6 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 6、窑体材料及厚度的选择7 HYPERLINK l bookmark91 o Current Doc

3、ument 7、燃烧系统计算77.1助燃空气量计算77.2燃烧温度计算7 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 8、物料平衡计算98.1每小时烧成制品的质量98.2每小时入窑干坯质量98.3每小时入窑湿坯质量98.4每小时蒸发自由水质量98.5每小时从精坯中产生CO 2的质量98.6每小时从精坯中排除的结构水质量98.7每小时入窑窑具质量9 HYPERLINK l bookmark167 o Current Document 9、预热带及烧成带热平衡计算119.1热平衡计算基准及范围119.2热平衡框图119.3热收入项目129.4热支出项目14

4、9.5列出热平衡方程式189.6列出预热带和烧成带热平衡表19 HYPERLINK l bookmark288 o Current Document 10、冷却带的平衡计算2010.1确定热平衡计算的基准、范围2010.2平衡框图2010.3热收入项目2110.4热支出项目2110.5热平衡方程式2410.6热平衡表24 HYPERLINK l bookmark325 o Current Document 11、管道尺寸、阻力计算2511.1排烟系统的设计2511.2阻力计算2611.3排烟风量的计算2711.4助燃风管道系统阻力计算及管路尺寸2811.5燃料管的计算2811.6急冷风管的计算

5、2911.7缓冷段抽热风管2911.8封闭气幕管道尺寸计算2911.9窑尾快冷段鼓入的冷风管尺寸计算2911.10各段风机分选型30 HYPERLINK l bookmark380 o Current Document 12、烧嘴的选型30 HYPERLINK l bookmark384 o Current Document 13、工程材料的概算3113.1窑体材料的概算3113.2钢材概算33 HYPERLINK l bookmark400 o Current Document 14、后记33 HYPERLINK l bookmark403 o Current Document 15、参考文

6、献341、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。它把原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：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。烧窑操作要灵活，方便，适应性强，能够满足市场多变的要求。经济性要高。

7、包括热效率要高，单位产品的综合能源消耗要少，炉龄要长。容易实现机械化，自动化操作，劳动生产率高。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，

8、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.通过对专业知识的学习，本学期第7-9周为窑炉课程设计。本文设计以10 寸汤盘为产品的隧道窑，全窑长56m，最高烧成温度是1320C，采用0号柴油燃 料。2、烧成制度的确定2.1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，制订温 度制度如下：（烧成周期19小时）表2

9、-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140300-6002.0预热带150600-9502.0预热带175950-13104.0烧成带901310-13101.0烧成带（高火保温）01310-8002.0冷却带（急冷带）255800-4004.0冷却带（缓冷带）100400-802.0冷却带（快冷带）1602.2烧成曲线图3、窑体尺寸的计算3.1窑车棚板和支柱的选用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10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

10、料，以降低蓄散热损失，考虑到全窑最高 烧成温度为13200C，选用碳化硅材料选用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+1.28X 10-3t。棚板规格：长X宽X高：360X360X 10(mm)棚板质量=360 X 360 X 10 X 10-6 X 2.2=2.85 kg支柱规格：长X宽X高：50X50X 100(mm)支柱质量=50X50X 100X 10-6X2.2=0.55kg3.2窑长和窑宽及窑车尺寸的确定3.2.1 汤盘的规格：0333 X 40mm，300g。3.2.2制品码装方法装10层，棚板间距10mm，距窑车边缘15m

11、m，每层中，横7竖5摆放，每 层用35块棚板，48个支柱。3.2.3窑车尺寸棚板间距10mm，棚板边缘与窑车台面间距 15mm，故窑车的尺寸： 1870 x1130 (mm)宽=7X360 + 10X6 + 2X15 = 2610mm长=5X360 + 10X4 + 2X 15 = 1870mm3.2.4窑内宽、内高、全高、全宽的确定窑内宽：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 窑墙的间距。窑车与窑墙的间隙尺寸一般为2530mm，本设计中取用30mm，则 预热带与冷却带窑内宽：B1=2610+30X2=2670mm窑全宽预热带和缓冷带快冷带窑全宽=窑内宽2670+

12、两侧墙宽430X2=3530mm。烧成带和急冷带窑全宽=窑内宽2670+两侧墙宽530X2=3730mm。由于采用明焰裸烧，烧成带不设燃烧室，而只在窑墙上砌筑烧嘴砖构成燃烧 通道，为使喷入的燃料有足够的燃烧空间，增大气体辐射层厚度，利于烟气对制 品的辐射传热。内高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：火焰通道460 +制品码装高度1000 +窑车台面距棚 板201=1661mm。通用砖厚取65，

13、需要1661/65=25.5块，取26块，故砖高二26x 65 = 1690mm,灰缝= 26x 2 = 52mm,内高二1690+52=1742mm 此处确 定预热带和缓冷段、快冷段的内高1742mm，烧成带和急冷段加两块通用砖65X 2+2X2=134mm，故烧成带和急冷段的内高1742+134=1876mm4）全窑高（轨面至窑顶外表面）预热带和缓冷段、快冷段的窑总高：车架高度223+内高1742+窑顶高400=1742+380+223=2345mm,烧成带和缓冷段的窑总高：车架高度223+内高1876+ 窑顶高 530=2629mm 3.2.5窑长尺寸每辆窑车7X5X10= 350件，装

14、窑密度g=350/1.87=187.2 （件/每米窑长）。 由T G ! L =24Dy K g已知G=40000件/年，烧成时间19时，330天工作日，96%合格率。代入数 值可求的L=53.41m。窑内容车数 n= L/1.87 = 28.6辆 取29辆，则窑长29x1.87=54.23m，全窑 总长取56m，分为个28标准节，每节长2m。3.2.6全窑各带长的确定有烧成时间可知，各个段时间为6、5、8小时，据此预热带9节，烧成带7 节，冷去却带12节各段长度及所占比例预热带9节9X2 = 18m，占总长18/56 = 32.1%烧成带7节7X2 = 14m，占总长16/56 = 25.0

15、%冷却带12节12X2= 24m，占总长24/56 = 42.9%各个温度段对应长度下表温度（0C）烧成阶段长度（m）节数20300预热带6m13300600预热带6m46600950预热带6m799501310烧成带14101613201320烧成带（高火保温）1310800冷去带（急冷带）61719800400冷去带（缓冷带）12202540080冷去带（快冷带）626284、工作系统的确定4.1预热带工作系统的确定预热带9节，13节为排烟，第1节前半节两侧墙及窑顶设置一道封闭气幕， 气慕风由冷却带抽来的热空气提供。后半节上部和下部各设1对排烟口。目的是 使窑头气流压力自平衡，以减少窑外冷

16、空气进入窑体。第2节和第3节每节在窑 车台面棚板通道处各设2对排烟口，尺寸：134X115mm位置正对。另外，为方便调节预热带温度，尽量减少上下温差，在第49节上部设置喷 风管，下部设置高速调温烧嘴（即上风下嘴结构），同时烧嘴的正对面是观火孔 （尺寸6 67），每节设1根喷风管（尺寸6 67），1只高速调温烧嘴，每节交替排 列，高速调温烧嘴喷出的热烟气与喷风管喷出风在窑内断面上形成气流循环，使 窑内气流实现激烈的搅动，促进上下温度场的均匀，而且加快了窑内的对流传热， 缩短烧成时间，共用6支。4.2烧成带工作系统布置第10节到第16节为烧成带，第10、11节，每节设置2支烧嘴，11节上下 部分别

17、是1烧嘴和1观火孔，12节上下分别1观火孔和1烧嘴。1216节上下部 均有高速调温烧嘴，上部设置2只烧嘴和2只观火孔，下部设置2只烧嘴和只观 火孔，上下部设置与窑墙均呈现交错布置，共24支。烧嘴和观火孔一一正对。4.3冷却带工作系统布置冷却带按照烧成工艺分成三段：第1719节为急冷段。该段采用喷入急冷风直接冷却方式，除急冷首节只在 后半节设冷风喷管（尺寸6 67）（上设3个，下设3个）外，其余每节上部设6 个冷风喷管，下部6个冷风喷管，上下喷管交错设置，前后正对，每侧共15个。 第2025节为缓冷段。本设计中采用直接热风冷却的方法，为了能使急冷段和快 冷段来的热风对制品进行充分缓冷，设计中20

18、节不设抽热风口，25节不设喷风 管。其余4节各设1对相错的抽热风口，共4对，热风口尺寸与排烟段尺寸一样 大小 134 X 115mm。第2628节为快冷段。第2628节上下部各设1对冷风喷管，交错排列，尺寸6 67,共12支，通过喷管鼓入冷风直接对窑内的制品进行冷却，以保证制品的出 窑温度低于80C。5、窑体及工作系统的确定5.1窑体窑体由窑墙主体、窑顶和钢架组成窑体材料由外部钢架结构（包括窑体加固 系统和外观装饰墙板）和内部耐火隔热材料衬体组成。砌筑部分，均采用轻质耐 火隔热材料。窑墙、窑顶和窑车衬体围成的空间形成窑炉隧道，制品在其中完成 烧成过程。5.2钢架每一钢架长度为2米，含钢架膨胀缝

19、。全窑共28个钢架结构，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。5.3窑墙窑墙采用轻质耐火隔热材料。常用材质如下：石棉板、轻质粘土砖、硅藻土 砖、普通硅酸耐火纤维板、含铭耐火纤维毡、轻质高铝砖、矿渣棉等耐火材料。 窑墙砌筑在钢架结构上。每隔2米留设20mm左右的热膨胀缝，用含锆散棉填实。 窑墙最外面用10mm厚的石棉板（为方便画图，画图时没有考虑灰缝的长度）。5.5测温、测压孔温度控制：为了严密监视及控制窑内温度和压力制度，及时调节烧嘴的开

20、度，一般在窑道顶及侧墙留设测温孔安装热电偶。本设计中分别布置于1、3、6、 9、12、15、16、19、24、27标准节窑顶中部各设置一处测温孔，共10支。因此 在烧成曲线的关键点，如窑头、氧化末段、晶型转化点、成瓷段、急冷结束等都 有留设。压力控制主要靠调节烟气、空气等流量来实现。布置压力计于2、6、9、16、 19、24、27车位中部，共7支。为方便画图，图纸中没有表示出。5.6曲封、砂封和车封窑墙与窑车之间、窑车与窑车之间做成曲折封闭。曲封面贴一层高温耐火棉。 窑车之间要承受推力，所以在窑车接头的槽钢内填充散棉，以防止上下漏气。砂 封是利用窑车两侧的厚度约68mm的钢制裙板，窑车在窑内运

21、动时，裙板插入窑 两侧的内装有直径为13mm砂子的砂封槽内，隔断窑车上下空间。砂封槽用厚度 3mm左右的钢板制作而成，且留有膨胀缝。在预热带头部缓冷段头部的窑墙上各 设置一对加砂斗。6、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。下表是各段材料的选择位置窑墙窑顶19轻质高铝砖230轻质粘土吊顶砖2302028高纯型耐火纤维刺毯200高纯型耐火纤维刺毯1501016莫来石轻质高铝砖230莫来石轻质高铝砖230含锆型硅酸纤维板100含锆型硅酸纤

22、维板100高纯型耐火纤维刺毯200高纯型耐火纤维刺毯2007、燃烧系统计算7.1助燃空气量计算燃料是0号柴油，低位发热量Qd = 41800（ k）根据理论空气量和燃 烧生成烟气经验计算公式，0 2单位理论空气消耗量L0= 1000 x Qd + 2 = 10.36（ Nm3/Nm3），取过剩系数以=1.3则实际需要空气量：L = L0 x 1.3 = 13.47（ Nm3jNm3）生成烟气量：V = 027xQ +（a -1）L = 14.39（ NmNm3）g 1000 d07.2燃烧温度计算燃料的理论燃烧温度，公式如下：Q + c t + c t L t =dr-ra-aag g式中cc

23、cg 一燃料、空气及烟气的比热容，kJ（Nm 3 C）；L 一定空气消耗系数下的单位燃料燃烧空气消耗量，Nm3；Nm3，L=a L ；0Vg 一定空气消耗系数下单位燃料燃烧生成烟气量，Ng：Nm3 ；tta 燃料及空气的预热温度，C。0号柴油低位发热量Qd = 41800( kjjm3)，取室温20 C,此时空气的比热c 1.30kJ(Nm3 C) 柴油的比热cr = 2.1 kj/(Nm3 C),经过多次假设试算，以 下假设合理，假设烟气温度为1800C，烟气的比热(查燃烧学表5-2)为cg =1.67, 带入公式得t=1756Cth(1800 - 1756) /1800 = 2.46% 5

24、%,合理取高温系数为0.80，则实际温度为t= 0.80 x 1800 = 1440C,比实际温度1320C 高出120C，符合燃烧要求，认为合理。8、物料平衡计算由已知得10寸汤盘的坯料组成（%）：:SiO2Al2O3CaOMgO3K2ONa2OI.L70.1019.650.250.451.051.01.755.728.1每小时烧成制品的质量G m制品质量为300g，每车装350个，每车制品的质量为0.3kg x 350 = 105kg，推车速度二29车/19时二1.52车/时。G =推车速度x每车装载重量=1.52 x 105 = 159.6kg Jh8.2每小时入窑干坯质量GgG = G

25、 100= 159.6x一100一 = 169.3(kg.h)g m 100 - I.L100 - 5.72每小时入窑湿坯质量 G = G 100 = 169.3 x 100= 172.2(kg h)s g 100-o100 -1.7每小时蒸发自由水质量G = G - G =(172.2-169.3)kgJh = 2.9(kgh)8.5每小时从精坯中产生co 2的质量Gco = G x Ca% = 169.3x 0.25% = 0.42kghGmo = G xMgO% = 168x0.45% = 0.76kgJhG = Gx Mco + Gx Mco = 0.42 x 44 + 0.76 x

26、44 = 1.17 kg hCO2 caO M MgO M5640CaOMgO8.6每小时从精坯中排除的结构水质量G. = G x I.L%-Gco = 169.3 x 5.72% - 4.433 = 5.25kgjh8.7每小时入窑窑具质量G, b棚板每层35，共350个，支柱48个，共48x9=432个单个棚板质量=360 x 360 x 10 x 10-6 x 2.2 = 2.85kg单个支柱的质量=50 x 50 x 100 x 10-6 x 2.2 = 0.55kg棚板重量=2.85 x 350 = 997.5kg支柱质量=432 x 0.55 = 237.6kg窑具质量G = (9

27、97.5 + 237.6) x 1.52 = 1877 kg h b9、预热带及烧成带热平衡计算9.1热平衡计算基准及范围热平衡计算以1h为基准，0C为基准温度。9.2热平衡框图其中：Q1 制品带入的显热；Q2 窑具带入的显热；Qf 燃料带入的化学热和显热；Qa 助燃空气带入的显热；Q：预热带漏入空气带入的显热;Qg 气幕、搅拌风带入的显热；Q3产品带走出的显热；Q4 窑具带走的显热；Q5 窑墙、窑顶带走的显热；Q6 窑车蓄热和散失热量；Q7 物化反应耗热；Q8 其他热损失；q g烟气带走的显热；Qf 燃料带入的化学显热9.3热收入项目9.3.1胚体带入的显热Q1 = Gs x 气 x(kJ/

28、h)其中：Gs入窑湿制品的质量172.2 (kg/h)；t1入窑制品的温度20C；c1入窑制品的平均比热(kJ(kg C)。一般取0.84-1.26，此处取0.90kJ(Nm3 C),则胚体带入的显热：Q1 = 172.2 x 20 x 0.9 = 4100kJh9.3.2棚板及支柱带入的显热Q2Q2 = G2 c 2其中：Gb入窑棚板及支柱的质量1877kg/h；t2 入窑棚板及支柱的温度20C；c2 入窑棚板及支柱的平均比热，采用的是50%碳化硅棚板及支柱的平 均比热c2 = 0.963 + 0.146 x 10-3t = 0.963 + 0.000146 x 20 = 0.966 kJ(

29、 kg C)Q2 = 1877 x 0.966 x 20 = 36264(kJh)9.3.3燃料带入的化学显热Q =(Q +1 t f )x (kJ/h)其中：Qd 燃料柴油的低位发热量41800kJ/Nm3； tf入窑燃温度20C；cf 入窑燃料的平均比热2.1 kJ(kg C)X为每小时柴油的消耗量，单位NmhQf =(41800 + 20 x2.1) x = 41842x (kJh)9.3.4助燃空气带入的显热Q a柴油燃烧的空气量V尸xLa =13.47xQa =V/at ata助燃空气的温度20C；ca 助燃空气的比热1.30kJ(Nm3 C)；Qa = 13.47x20 x 1.3

30、x = 350 x (kJ/h)9.3.5从预热带不严密漏入的空气带入的显热Q；和Q，=0 -aL c，x) a g0 a a其中：t a、c： 漏入空气 的温度与比热，分别去20 C和1.30 kJ(Nm3 C)；a g 离窑烟气中的空气过剩系数，此值与窑厂的长度阻力、空气、气 密性以及预热带喷入的风量有光，实际可在2-5范围取，此处取2.5, a =1.3,L0=10.36 Nm3 / Nm3q =(G.5 - 1.3)x 10.36 x 20 x 1.3x )= 323x (kJ; h)9.3.6气幕、搅拌风带入的显热气幕包括封闭气幕和搅拌气幕，封闭气幕设在窑头，不及入，搅拌风源为空 气

31、，风量一般为理论助燃空气的0.5-1倍，取x =0.8倍Q = xL0ct，x = 0.8 x 10.36 x 20 x 1.3x = 216xJ/h)9.4热支出项目9.4.1产品带出的显热Q3Q3= GmC3t3其中：Gm 出烧成带的制品质量159.6 kg-h , t1320C,此处制品平均比热取 1.1kJ.(kg C)Q3 = 159.6 x 1.1 x 1320 = 231739 ( kg/h )9.4.2棚板和立柱带走的显热Q = G c t( kg/h )其中：棚板和立柱的质量Gb = 1877 khc、t 分别是棚板和立柱带走时的平均比热和温度，t =1320C 444c4

32、= 0.84 + 0.000264t = 0.84 + 0.000264 x 1320 = 1.18 kJ (kg C)Q4 = 1887 x 1320 x 1.18 = 2923615 ( kg h )9.4.3离窑废气带走的显热Qg取离窑烟气中空气过剩系数a = 2.5，体积流量gV = (V0 + C a0)x = (14.93 + (2.5-1.3)x 10.36) x = 27.36x取离窑烟气温度200C，烟气比热为1.445 kJ(Nm3 C)Q = V c t x = 27.36 x 1.445 x 200 x = 7907x ( kg. h )9.4.4窑车蓄热和散失热量Q6

33、取经验数据，占热收入的10%。9.4.5物化反应热Q7自由水的质量Gw =2.9 kg/h，离窑烟气温度t200C，则自由水蒸发吸热Q = G (2490 + 1.93t ) = 2.9 x (2490 +1.93 x 200) = 8430 ( kgh )结构水脱水吸热Q = 6700G . 其中：Gw 入窑制品所含结构水5.25 ( kg h )；67001kg结构水脱水所需要的热kJ/kg；QQ = 6700X5.25 = 35175(kg：h)其它物化反应吸热此项热支出要根据原材料的组成情况查阅有光资料，由于陶瓷烧成反应极为复杂，通常可用A12O3反应热近似地代替，即Q = G x 2

34、100 x A12O3%其中：Gr入窑干制品质量，169.3 kg;h ；21001kg A12O3 的反应热，kgh ；A12O3 制品中A12O3的含量百分数。可算的 Q = 169.3X 2100X 0.1965 = 69862 (kg., h)总物化反应热Q7 = Q + Q + Q= 8430 + 35175 + 69862 = 113467 (kg- h)9.4.6其它热损失Q8其它热损失主要包括窑各处开孔的辐射热损失、窑不严密处逸出气体的热 损失、不完全燃烧造成的热损失等，这些热损失量很难用公式计算，可对比现 有同类型的窑加以确定，一般占总热收入的5%-10%。取5% 9.4.7

35、窑墙和窑顶的散热根据所处温度不同将预热带和烧成带分成三段 20300C，300600C， 600950C，9501320C所用材料的导热系数：高纯型耐火纤维刺毯0.02+0.000175t轻质高铝砖0.212+0.000329t莫来石轻质高铝砖0.310+0.000176t含锆型硅酸铝纤维板0.1820300C，共 3 节，6m窑内壁平均壁温t = 20 + 300 = 160 C12轻质高铝砖 X1 =0.212+0.000329 x 160 =0.2642 w/m C高纯型耐火纤维针刺毡 X 2 =0.02+0.000175x160=0.048 w/m C窑外壁平均壁温取t =40 C窑工

36、回平均热流密度=25.15 w, m2t -1 _160 - 40=25.15 w, m2q =81 8 = -0.230F0.2642 + 0.04812散热面积：A = 6 x 1.742 = 10.452m2散热量：Q = 25.15 x 10.452 x 2 x 3.6 = 1893 (kl h)窑顶：轻质粘土吊顶砖七二0.0815+0.000221 x 160=0.1169 w/m C平均热流密度q =q =81 812160 - 40-0230K+0.1169 0.048=23.56 w m2散热面积：A = 散热面积：A = 6x 3.53 = 21.18m2散热量：Q = 21

37、.18 x 23.56 x 3.6 = 1898Jh)300600C，共 3 节，6m窑内壁平均壁温300+窑内壁平均壁温300+6002=450 C,轻质高铝砖七二0.212+0.000329 x 450 =0.36 w/m 轻质高铝砖七二0.212+0.000329 x 450 =0.36 w/m C高纯型耐火纤维针刺毡人=0.02+0.000175 x 450=0.099 wm C2窑外壁平均壁温取ta =40 C窑回：平均热流密度t -1 _ 450 - 40q =81 8 = 0_01-+十 036 + 0.09912=153.9 w. m2散热面积：A = 6 x 1.742 =

38、10.452m2散热量：Q = 153.9 x 10.452 x 2 x 3.6 = 11582 Jj. h)窑顶：轻质粘土吊顶砖气=0.0815+0.000221 x 160=0.18 w/m C平均热流密度一 轻质粘土吊顶砖气=0.0815+0.000221 x 160=0.18 w/m C平均热流密度一 t t160-40q =81 罗=0.230.15寸r 0.18 + 0.09912=147 w, m2散热面积：A = 6x 3.53 = 21.18m2散热量：Q = 21.18x 147 x3.6 = 11843 (kJh)600950C，共 3 节，6m窑内壁平均壁温600+95

39、02=775 C,轻质高铝砖气=0.212+0.000329 x 775 =0.467 w/m C高纯型耐火纤维针刺毡人=0.02+0.000175 x 450=0.156 wm C2窑外壁平均壁温取t =40C窑工回：平均热流密度=413.5 w m2t -1 _ 450 - 40 q=81 8 =0y=413.5 w m2于+于 0.47 + 0.15612散热面积：A = 6 x 1.742 = 10.452m2散热量：Q = 413.5 x 10.452 x 2 x 3.6 = 31118 (kJh)窑顶：轻质粘土吊顶砖七二0.0815+0.000221 x 775=0.253 Wm

40、C平均热流密度t -t160 - 40欠q =5 = 0.230.15 = 392皿寸+X2 0.253 + 0.15612散热面积：A = 6x 3.53 = 21.18m2散热量：Q = 21.18 x 392.3 x 3.6 = 31607Jh)9501320C，共 3 节，14m窑内平均壁温t = 1320 + 950 = 1135 C2莫来石轻质高铝砖的人=0.5098 w/m C含锆型硅酸纤维板的气=0.19 Wm C高纯型耐火纤维刺毯的人3 =0.2186 w/m C取窑外壁平均温度ta=80C窑工回平均热流密度q =8 18 a 8十十+广1231135 - 800.230.1

41、0.2+0.5098 0.19 0.2186=549 w m2散热面积：A = 14x 1.742 = 24.388 m2散热量：Q = 549 x 24.388 x 2 x 3.6 = 96400 (kJ. h)窑顶：平均热流密度q =818 a 8十十+广1231135 - 800.230.10.2+0.5098 0.19 0.2186=549 w m2散热面积：A = 14 x 3.73 = 52.22m散热量：Q = 522.22 x 549 x 3.6 = 103208 CkJ h)窑墙窑顶总散热量Q5 = 1893 +1898 +11582 +11843 + 31607+ 3111

42、8 + 96400 +103208 = 289549(kJh)9.5列出热平衡方程式列出平衡方程式Q 收=4100 + 36264 + 41842x + 350 x + 323x + 216x = 40364 + 42731xQ 损=231739 + 292615 + 7909 x + 0.1Q 收 +113267 + 289549 + 0.05%Q 收式有Q收=Q捐，解得x=31.43，即单位时间柴油消耗量：B = 31.4m3/h 单位制品消耗量为：31.43 x 41800/169.3=7760 kJ kg。9.6列出预热带和烧成带热平衡表热收入热支出项目KJ/h百分百（）项目kJ/h百

43、分比（）胚体带入的 显热41000.30制品带出的 显热23173916.75入窑棚板及支柱带入到的显热362642.60棚板和支柱29261522.15燃料带入的 化学显热131509495.08离窑废气24858017.97助燃空气带 入的显热110000.80窑车蓄热和热散失量1383409.99漏入的风和 搅拌风101520.73物化反应热1134678.2气幕和搅风67890.49窑墙和窑顶28954920.9其他热损失691705.04总收入量1383399100总散热量1383460100分析:两者之间存在差值，是因为预热带窑内负压在该次计算中忽略了窑底漏入窑 内风带来的热量，实

44、际上虽然窑车上下压力控制手段非常完善，但仍有误差，由 于误差很小所以整个预热带、烧成带热量可认为是收支平衡的。10、冷却带的平衡计算10.1确定热平衡计算的基准、范围0C作为基准温度，1h为质量与热量的时间基准。10.2平衡框图其中:Q3 制品带入的显热;Q4 棚板、支柱带入显热；Q5窑车带入的显热；Q10急冷风带入的显热和冷却带末端送入冷却带入显热;Q11 制品带出显热；qi2 棚板、支柱带出的显热;q13窑车、窑顶散热；Q14 窑墙、窑顶总散热；Q15抽走余热风带走的热量;Q16 其他热损失。10.3热收入项目10.3.1制品带入的显热此项热量即为制品从烧成带带出的显热Q3 = 23173

45、9 (kJh)10.3.2棚板和支柱带入的显热，同上，Q4 = 292615J/h)10.3.3窑车带入的显热此项热量可取烧成带和预热带窑车总散热的95% (其余的已经在预热带烧成 带向车下散失)Q = 95%Q = 0.95 x 138340 = 131423J/h)10.3.4急冷风和窑尾风带入的显热窑尾的风量设为Vx，一般急冷风量为窑尾风量的0.250.5，此处取0.5，总风量为1.5V。空气的温度t = 20C，此时空气的比热：c = 1.3 kL-m3r，Q10 = V c t = 1.5 x 1.3 x 20V = 39VJJh)10.4热支出项目10.4.1制品带出的显热出窑制品

46、质量Gm =158.4 kg/h，窑制品的温度t11 = 80C，比热c11 = 0.95 kJkg C。Q11 = G t11c11 = 159.6 x 80 x 0.95 = 12130 Cjh)10.4.2和支柱带出的显热棚板和支柱质量Gb = 1877 kg/h，温度t11 = 80C，比热 = 0.861 kJ,Akg C)Q12 = Gbc12t12 = 1877 x 80 x 0.8611 = 129303 Cjh)10.4.3车带走的和想车下散失的热此项热量一般可按窑车带入的显热55%计算，Q13 = 55%Q9 = 0.55 x 131423 = 72283J/h)10.4.

47、4其他热损失Qi6取经验数据，占冷却带热收入的5%10%，本次计算取5%10.4.5抽走余热风带走热量Q15Q = q x c x t其中：q15一抽走余热风流量（m3/h）,该窑不用冷却带热空气做二次空气， 冷却带鼓入风量全部用于气幕，体积为q15=1.5Vx Nm3。漏出空气忽略不记，抽 走余热风的平均温度，取t15=250C, c15热空气的平均比热为，c15 = 1.038kJ/kgCQ15 = 1.5V x 250 x 1.038 = 389.25V10.4.6窑墙和窑顶的散热分三段1719, 2025, 26281320850C，长 6m窑内平均温度t = 1320 + 850 =

48、1085 C12莫来石轻质高铝砖X1 =0.501 w/m C含锆型硅酸铝纤维板气=0.19 w/m C 高纯型耐火纤维刺毯X 3 =0.2099 w/m C取窑外平均温度t = 80 C a窑墙.平均热流密度q =818 a 8十广1231085 - 800.230.10.2+ 0.5010.19 0.2099=510.8 w. m2散热面积 A = 1.876 x 6 = 11.256m2散热量：Q = 510.6 x 11.256 x 2 x 3.6 = 41332 (kJ. h)窑顶：平均热流密度q =8 18 a 8+X2 + X31231085 - 800.230.10.2+ 0.

49、5010.19 0.2099=510.8 w. m2散热面积 A = 6 x 3.73 = 22.38m2散热量：Q = 510.8 x 22.38 x 3.6 = 41138 w m22025, 850400C, 12m窑内平均壁温t窑内平均壁温t1850 + 400 = 625 C2轻质高铝砖的七二0.4966 w/m C高纯型耐火纤维刺毯的气二0.1294 w/m C窑外壁平均取t=80C窑工回平均热流密度=271.3 w m2t t 625 - 80=271.3 w m281 罗二 02302-寸顶 0.4966 * 0.129412散热面积：A = 12x 1.742 = 20.9

50、m2散热量：Q = 271.3 x 20.9 x 2 x 3.6 = 40833 (kJ.h)窑顶:轻质粘土吊顶砖气=0.0815+0.000221 x 625=0.2196 w/m C 平均热流密度=265.1 w. m2一 t -t 625-80 q =81 8 = -0.23015=265.1 w. m2+十 0.2196 0.129412散热面积：A = 12 x 3.53 = 42.36m2散热量：Q = 265.1x44.76x3.6 = 40426 (kJ. h)2628, 40080C, 6m窑内平均壁温t1 = 40；80 = 240C轻质高铝砖的气=0.4008 w/m C

51、高纯型耐火纤维刺毯的人=0.062 wm C 2窑外壁平均取t =80C窑回：平均热流密度=42.11 w m2t -1 _240 =42.11 w m2q =81 S 02302-于+于 0.4008 + 0.06212散热面积：A = 6x 1.742 = 10.452 m2散热量：Q = 42.11 x 10.452 x 2 x 3.6 = 3170 (kJ h)窑顶：轻质粘土吊顶砖=0.0815+0.000221 x 240=0.13454 w/m C平均热流密度t -1240 - 80q =5 = 0.230.15 = 48.44 w m2于+于 0.1345 + 0.06212散热

52、面积：A = 6 x 3.53 = 21.8m2散热量：Q = 48.44 x 21.8 x 3.6 = 3693Jh)总散热量 Q14 = 41332 + 41138 + 40833 + 40426 + 3170 + 3693 = 170592 (kJh)10.5热平衡方程式列出平衡方程式。3 + Q4 + Q9 + Q10 = Q11 + Q12 + Q13 + Q14 + Q15 + Q16Q 收=231739 + 292615 +131423 + 39VQ 支=12130 +129303 +170592 + 72283 + 389.25V + 5%Q 收由 Q收=Q支，解得 V = 6

53、77.6(n3/h)因此窑尾的风量为677.6 m h，急冷风量338.8 mh，每小时应抽出热风1016.4m3。10.6热平衡表热收入热支出项目(kJ/h)(%)项目(kJ/h)(%)制品带入显热23173933.97产品带出显热121301.78棚板立柱带入显 热29261542.89棚板立柱带出显热12930318.94窑车带入显热13142319.26窑体散热17059225.01急冷窑尾风带入 显热39Vx264303.88窑车带走和向下散 失显热7228310.6抽热风带 走显热26378838.67其它散热341105合计682207100合计68820610011、管道尺寸、

54、阻力计算11.1排烟系统的设计11.1.1排烟量的计算取离窑烟气中空气过剩系数a =2.5，则其体积流量为： gV TV。+(a a)L? x =(10.36 + (2.5-1.3)x 14.39)x31.43 = 945 m3/h =0.26 m3 s。11.1.2排烟口及烟道的尺寸共有5对排烟口，则每支排烟口的烟气流量：q = 0.26/10 = 0.026m3s标准状态下烟气在砖砌管道中的流速为12.5m/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=0.026/1.5=0.017m2排烟口尺寸设计为高x宽为134 x 104mm，

55、为以后可便于烧成其他制品时 控制烟气量及砌筑方便，此处设计为134 x 115mm。11.1.3垂直支烟道烟气有排烟口至垂直支烟道流量不变，流速相同，截面积也相同，故为 110 x 134mm，垂直高度和窑车台面至窑顶距离高度相等2.022m。11.1.4总烟管尺寸烟气在管内的流速取5m/s内径： d = JL4x0.26 = 0.26m，取直径为 300mm，6m 长。总 兀u3.14 x 511.1.5支烟管尺寸支烟道的流量0.026m3 s，流速为1.5m/s，内径：d十=4 X顷6 = 0.15m， 支 ，3.14 x 1.5取直径为150mm，每个垂直排烟道对应一个金属支烟管道，其高

56、度为30mm， 具体高度以实际为准，90。取长100mm直接进入横跨在窑体上部中间的总烟 管道。11.2阻力计算11.2.1料垛阻力按经验数据，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，第10节，最后一对排烟口在第3节，每节长2米，则：h =(10 - 3)x 2 x 1 = 14Pai11.2.2位压阻力烟气从窑炉排烟道至风机，窑内高1.87m，窑顶墙高0.35m，高度升高H=2.5m，取烟气温度250C。,、,273273、h = -H (p -p ) g = -2.5x(1.3x1.3x)x9.8 = -13.72Pag a273 + 20273 +

57、20011.2.3局部阻力局部阻力系数查表6.9 (陶瓷工业窑炉)，根据每段管路的变化确定如下： 烟气从窑炉进入排烟口，突然缩小，取弓=0.5,气=1.5ms ；排烟口经90。进入 垂直支烟道，取& 2 = 1.5，气=1.5ms ；垂直支烟道至支烟管突增，取& 3 = 0.7， ms ；支烟道以90。进入总烟道，并且是扩大的，取&4 =1.5,气=1.5 ms，弓=2, =5 m/s ；再45下降至风机接口，取七=0.5,=5 m/s。局部阻力2 x 2 he=nt P+& 5-6 顶 P1.52 八* 273 + 20052 八* 273 + 200=(0.5 +1.5 + 0.7 +1.

58、5) xx 0.95 x+ (2 + 0.5) x 一 x 0.95 x22732273=59.2Pa11.2.4摩擦阻力hf对于非圆形通道应求当量直径d;水平排烟道的当量直径和长度4 x通道截面积 d 4 x通道截面积 d = -，一1 通道周边长4 x 0.134 x 0.115 2(0.134 + 0.115)=0.35m长 0.115m。由于水平支烟道和垂直支烟道的流速和流量相同，当量直径也相同d1=0.35m，高为 2.22m，总长l =0.115+2.22=2.335m；支烟道金属管道高 0.03m，直径d2=0.15m，长1.0m，共有10根管道流速均为1.5m/s，共有长12

59、=(1.0 + 0.03)x 10 = 10.3m ；总烟管道长6m，直径0.3m，此段流速为5m/s。沿程阻力系数：金属管取气=0.03，砌筑管道取入1 =0.05，则有以荐l .以荐l .2 +人一2 d1ll. (+ 总2 d21.52 2.33552, 10.36、)p = (0.05xx+ 0.03x x(+ )d20.3520.15 0.3=33.3Pa11.2.5烟囱阻力烟囱尺寸=0.26m：4xV _ ,4x=0.26m m = 3.14 x 5取直径为300，长度为10m，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 C。 TOC o

60、1-5 h z 2 H 2 h = -H (p - p)+ g- p+ p总27327352 273 +100 10=-10 x (1.3 x一 1.3 x) + 0.03 x xx +273 + 20273 +10022730.352 273 +100 x 1.3 x HYPERLINK l bookmark295 o Current Document 2273=36.7Pa11.3排烟风量的计算于烟囱较矮，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：h = 14 -13.7