隧道窑窑炉课程设计

WordWord资料课程设计说明书题目：年产万件寸汤盘隧道窑设计学号： 姓名： 院（系）： 学院工程系专业： 金属材料工程日期： 目录前言 设计任务书 窑体主要尺寸的确定 窑内宽的确定 窑体长度的确定 窑内高的确定 烧成制度的确定（主要指温度制度） 工作系统的确定 预热带系统 烧成带系统 冷却带系统 传动系统 窑体附属结构 事故处理孔 测温测压孔及观察孔 膨胀缝 燃料燃烧计算 空气量 烟气量 燃烧温度 窑体材料及厚度的确定：列表表示全窑所用材料及厚度物料平衡计算 热平衡计算 预热带及烧成带热平衡计算 热平衡计算基准及范围 热平衡框图 热收入项目 热支出项目 列出热平衡方程式 列出预热带烧成带热平衡表 冷却带热平衡 热收入项目 热平衡框图 热支出项目 列热平衡方程式 列出预冷却带热平衡表 烧嘴的选用 每个烧嘴所需的燃烧能力 每个烧嘴所需的油（气）压 烧嘴的选用后记 参考文献—.、广， 、.1前百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：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。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°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0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 件汤盘液化气隧道窑设计，通过三周的努力设计，我也基本完成了任务。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：洪振鹏年月日无非级窑炉课程设计任务书一、设计任务年产 万件汤盘天然气隧道窑设计二、原始数据（一）汤盘汤盘坯料组成（）————产品规格：寸，块入窑水分：产品合格率：烧成制度：烧成周期：小时，最高烧成温度： ℃（温度曲线自定）窑具：棚板、 支柱，尺寸自定（二）燃料天然气其他（三）夏天最高气温：℃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，故碳化硅材料选用 ，体积密度 ，导热系数TOC\o"1-5"\h\z计算式 2 ）。棚板规格：长义宽义高 XX棚板质量 XXXX支柱规格：长X宽X高 5X支柱质量XXXX窑内宽的确定汤盘规格寸，寸 ，每块，胚体高度定为 。考虑烧成收缩为，则坯体直径尺寸产品尺寸+（烧成收缩） +6（考坯体高度尺寸产品尺寸・（ ） .m汤盘码放方法采用窑车上设置棚板并层码放，每块棚板放置一个汤盘坯体。棚板设置规格为：X（其中表示行数，表示列数），相邻棚板间距为，最底层四周棚板与垫板相距为，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0窑车尺寸确定车长 1 1 X车宽 X 1 1窑车架高 ，窑车衬面边缘用四层的轻质砖共XX 6在窑车的中部填充硅酸铝纤维折叠棉块上铺层含锆纤维毡。窑车总高为：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窑墙的间距。窑车与窑墙的间隙尺寸一般为 ，本设计中取用，则热窑内宽X

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 5烧成带单侧窑墙厚度为 5故，预热带、冷却带全窑宽 x ,烧成带全窑宽 x 。窑长的尺寸确定窑车每层装载制品数为X 件，共层故每车装载制品数为0件，干制品质量 ，则每车装制品质量为x件，干制品质量 ，则每车装制品质量为x装窑密度每车装载件数车长 件G.T 800X10424Dy 24x330,L= = =162K・g0.97・2101.94一生产任务，件年;T一烧成时间，；一生产任务，件年;T一烧成时间，；一年工作日，日年;窑内容车数：一成品率，％一装窑密度，件每米车长。辆，取整数辆，此时窑长X该窑采用钢架结构，，故全窑有效长取 ，分为个标准节，每节长。根据烧成曲线，各带烧成时间与烧成周期的比值，预热带取节，烧成带取节，冷却带取节，则各带长及所占比例为：预热带长X烧成带长X冷却带长X窑内高的确定,上部火焰通道取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,上部火焰通道取因此，窑内高初定为： 义义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m所以高度方向上耐火砖块数 5取块.则高度为：TOC\o"1-5"\h\z8 i灰缝：8 6则预热带、冷却带窑内高： ,对于烧成带，内高增大一块标准砖的宽度 ，所以内高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 ,烧成带为 4,烧成制度的确定温度制度的确定表 温度制度温度（）时间（）烧成阶段升（降）温速率（）预热带预热带预热带烧成带烧成带（高火保温冷却带急冷带）冷却带缓冷带）冷却带快冷带）烧成温度曲线1500烧成曲线24 6时间/小时8—系列1500烧成曲线24 6时间/小时8—系列J。一系列200图 烧成温度曲线5工作系统的确定预热带工作系统的确定预热带共节，其中第节为排烟段，第节两侧墙设置一道气幕，喷入由冷却带抽来的热风，并在窑头上部设对排烟口，后半节下部各设对排烟口第节上部也加设对排烟口，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）各设对排烟口。为方便调节预热带温度，在第 节上部设置喷风管，每节设根，一侧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，在节下部设置高速调温烧嘴，每节设只，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。烧成带工作系统布置第 节烧成带，第、节与预热带一样，仅在下部设置只烧嘴，而从第节开始，每节上下均布有高速烧嘴，上部设置只，下部设置只，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。冷却带工作系统布置冷却带按照烧成工艺分成三段：第 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（第节）只在后半节设冷风喷管（尺寸①7（上设对，下设对）外，其余每节上部设对冷风喷管，下部设对冷风喷管，上下喷管交错设置。第 节为缓冷段。第节到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 为快冷段。为加强出窑前的快速冷却，在该段 节布置冷风喷管，直接鼓人冷风，每节对一一上部对，下部对。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。窑体附属结构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。测2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。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1气量所用燃料为天然气，其组分如下表所示：天然气其

在已知成的情可根据燃料组况下，《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。天然气燃烧的理论空气需要量为：将数值代入公式得 (M2/Nm3)取空气过剩系数为a,则实际需要空气量为：VaXLX 3vm3/903a 0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为：实际燃烧产物生产量为：将数值代入公式得(将数值代入公式得(Nm3/Nm3)燃烧温度理论燃烧温度计算公式：t=°」。尸°;上th Vcgg式中、一燃料、空气及烟气的比热容，kJ/(Nm3•℃)；r一一定空气消耗系数a下的单位燃料空气消耗量，Nm3/Nm3,Laa a 0一一定空气消耗系数下单位燃料燃烧生成的烟气量，Nm3/Nm3；g、一燃料及空气的预热温度，℃。ra取室温0,此时空气比热为 3J/(Nm3•℃)天然气比热为91(Nm3•℃)；查表(燃料及燃烧表)并初设烟气温度为 ℃,此时烟气比热为:kJ/(Nm3•℃)。代入上述公式得到：tth110000+20x3.91+1.3x20x26.472代入上述公式得到：tth28.179x1.8节位置（温度段）窑墙窑顶（ 6 所设温度合适。取高温系数为.则实际温度为：义 ℃,比最高温度1高出℃,符合烧成需求，认为合理。7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：

材质厚度（m该段厚度（m材质厚度（m该段厚度（m排烟段()(℃)轻质粘土砖轻质粘土吊顶砖硅藻土砖矿渣棉普通硅酸耐火纤维板陶瓷棉预热升温段（）（℃）轻质粘土砖轻质粘土吊顶砖硅藻土砖矿渣棉普通硅酸耐火纤维板陶瓷棉烧成段( )(℃)轻质高铝砖轻质高铝吊顶砖轻质粘,土砖,含铬耐火纤维毡含铬耐火纤维毡普通硅酸耐火纤维板陶瓷棉急冷段( )(℃)轻质粘土砖轻质粘土吊顶砖硅藻土砖矿渣棉普通硅酸耐火纤维板陶瓷棉缓冷段( )(℃)轻质粘土砖轻质粘土吊顶砖硅藻土砖矿渣棉普通硅酸耐火纤维板陶瓷棉快冷段( )(℃)轻质粘土」专轻质粘土吊顶砖硅澡土砖矿渣棉普通硅酸耐火纤维板陶瓷棉.物料平衡计算英寸平盘的坯体成分组成如下表:每小时烧成制品的质量成品每件质量 ，则每车制品质量为 X 3推车速度车时车时。G推车速度X每车载重 X (6m每小时入窑干坯的质量・100 8—100—X100—IL 100—5.48每小时入窑湿坯的质量(含水量为 2•100 x—12°—(含水量为 2100—3 100—2.2每小时蒸发的自由水量-每小时从精坯中产生的 质量TOC\o"1-5"\h\zX XX XMgO、,Mco, 、,McoX 2+X 22aMcoMgOMa MgO每小时从精坯中排除结构水的质量X X2每小时入窑窑具的质量窑具主要是支柱和棚板。单个棚板质量XX0X单个支柱质量X0XX棚板总重量70支柱总重量 69窑具的质量 X、热平衡计算预热带及烧成带热平衡计算热平衡计算基准及范围热平衡计算以作为时间基准，而以℃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。热平衡框图其中：一制品带入的显热；一硼板、支柱等窑具带入显热;一产品带出显热；一硼板、支柱等窑具带出显热;一窑墙、窑顶散失之热；一窑车蓄热和散失热量；一物化反应耗热；一其他热损失；Q—燃料带入化学热及显热；f一烟气带走显热；Q-助燃空气带入显热；a< Q一预热带漏入空气带入显热；aQ一气幕、搅拌风带入显热；g热收入项目①坯体带入显热TOC\o"1-5"\h\z由上面物料平衡计算可知入窑湿基制品质量 ，Gxcxt （ ）s1 1其中：一入窑湿基制品质量（ ）t一入窑制品的温度（℃）；t℃1 1c一入窑制品的平均比热（ （・℃））；c 6•℃）；1 1「. XX （ /②棚板及支柱带入的显热Q=Gtc2b22其中：G—入窑硼板、支柱等窑具质量（ ）； ；bt一入窑硼板、支柱等窑具的温度（℃）; ℃2c一入窑硼板、支柱等窑具的平均比热（ （・℃））；2碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算c x10-3 X 6•℃J2TOC\o"1-5"\h\zXX （ /③燃料带入化学热及显热QfQ（Qtc） （ /fdff其中：燃料为天然气，低位发热量为：Q ；dt一入窑燃料温度（℃）；入窑液化气温度为t ℃；f fc—入窑燃料的平均比热，kJ/（Nm3•℃）；f

t ℃时液化石油气比热为c kJ/(Nm3•℃)；TOC\o"1-5"\h\zf f—每小时液化石油气的消耗量为； ；XX 7④助燃空气带入显热。a全部助燃空气作为一次空气，燃料燃烧所需空气量Q=aLct%VctaoaaaaakJ/(m3•℃)；℃, 3kJ/(m3•℃)；℃, 3J/(m3•℃)取助燃空气温度为0,此时空气的比热为：caQxxOX()a⑤从预热带不严密处漏入空气带入显热2'aQ(a-a)Lc't'xa g 0aa其中：a一离窑烟气中的空气过剩系数取gt'、c'—漏入空气与喷入风的比热与温度，分别取aaQ( )xxxOXa⑥气幕、搅拌风带入显热Qg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 倍，取为倍。QxxX/ 1()g热支出项目①产品带出显热Q3Q=Gct( )3m33其中：G一出烧成带产品质量，在物料平衡计算中已得Gm m

t一出烧成带产品温度，为3℃；此时产品平均比热C3则：QGct 8 8t一出烧成带产品温度，为3℃；此时产品平均比热C3则：QGct 8 83m33②硼板、支柱等窑具带出显热QGct( /4b44其中：棚板、立柱等质量：出烧成带棚板、立柱温度： ℃此时棚板、立柱的平均比热：C 义4Q xx4离窑废气带走显热Qg一般通过取离窑烟气中空气过剩系数a ,则其体积流量为：gV=[V+(a-a)L]x 8 2xggogo为保证排烟机的安全使用，离窑烟气温度不应该超过℃,则取离窑烟气温度为 ℃,此时烟气比热cgx=x= 68 8八④窑体散热量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⑤窑车蓄热和散失热量取经验数据，占热收入的⑥物化反应耗热)自由水蒸发吸热8( 8)TOC\o"1-5"\h\z其中：入窑制品中自由水的质量 G-G —sg一烟气离窑时温度下的水蒸气平均比热，烟气离窑的温度 0o则可得：X5 X))结构水脱水吸热Q'wQf G( /w w其中：G'一入窑制品所含结构水的质量，w一结构水脱水所需热量，物料平衡中已算出G'wTOC\o"1-5"\h\zQf G x )w w)其余物化反应吸热Qr用 反应热近似代替Qxx( /r其中：——入窑干制品质量 ； 4 的反应热， ；Qxx xX ( )r则物化反应总耗热为：( )⑦其他热损失根据具体情况，可对比现有同类型的窑加以确定，一般占总热收入的 一,本设计中取列出热平衡方程式由热平衡方程一一热收入热支出，得出：Q'QagTOC\o"1-5"\h\z即： x x xx收+ +收解得 ，即单位时间液化气消耗量为： 0

回带入上式最终得热收入热支出由于单位时间产量为G 8天然气热值m则单位时间内产品热耗为：XQG 6 )d-m列出预热带和烧成带热平衡表表 预热带和烧成带热平衡表热收入热支出项目))项目()坯体带入显热产品带走显热燃料化学显热棚板、立柱带走显热助燃空气显热窑墙、窑顶带走显热气幕、搅拌风带入显热烟气带走显热漏入空气显热物化反应耗热棚板、立柱带入显热其他热损失总计总计冷却带的热平衡计算确定热平衡计算的基准、范围先确定计算基准：以℃作为基准温度，为质量与热量的时间基准，画出热平衡示意图如下：热平衡示意图图 冷却带的热平衡示意图其中：一制品带入显热；一硼板、支柱等窑具带入显热；一窑车带入显热；一急冷风带入显热与冷却带末端送入冷却风带入显热;一制品带出显热；一硼板、支柱等窑具带出显热；一窑车蓄热、带出及散失之热；一窑墙、顶总散热；—抽走余热风带走热量；一其他热损失；热收入项目①制品带入显热此项热量即为预热带、烧成带产品带出显热：7 /②硼板、支柱等窑具带入显热此项热量即为预热带和烧成带硼板、支柱带出显热：③窑车带入显热此项热量可取预热带、烧成带窑车总积散热的 5(其余已在预热带和烧成带向车下散失)：xx xx = 3收④急冷风与窑尾风带入显热设窑尾风风量为，一般急冷风量为窑尾风量的 ，本设计取急冷风是窑尾风的，则急冷风与窑尾风的总风量为： 计取空气温度℃,此时空气的比热为：c kJ/(m3•℃)；Vxxx ( /热支出项目①制品带出显热出窑产品质量GmTOC\o"1-5"\h\z出窑产品温度 ℃,产品比热 •℃xx xx ( )②硼板、支柱等窑具带出显热出窑棚板、立柱质量出窑棚板、立柱温度 ℃,棚板、立柱比热 1•℃)Qx xx 4 )③窑车带走和向车下散失之热此项热量一般可按窑车带入显热的计算，xx ( )④窑体散热根据窑体砌筑材料的不同，将冷却带按不同材料与温度段将它们分成三段，最终计算结果为：冷却带窑体总散热为各段散热量之和，即：( )⑤抽走余热风带走热量XX其中 一抽走余热风流量（）;该窑不用冷却带热空气做二次