隧道窑设计说明书

.PAGE.2设计任务书专业热能动力班级学生指导教师题目年产30万件卫生洁具天然气隧道窑炉设计主要研究容和设计技术参数：产品：卫生洁具〔产品构造自定〕；产量：30万件/年；3、年工作日：330天；4、燃料：天然气；Qnet,ar=36000KJ/M35、烧成合格率：92%；6、坯体入窑水分：2.2%；7、烧成周期：自定；17小时8、氧化气氛烧成；9、烧成温度：1220℃。根本要求〔含成果要求〕：1、认真思考，独立完成；2、编写详细设计说明书，含设计计算、材料概算等并要求应用计算机计算、处理和分析。说明书采用学院规定的统一格式，一律用A4纸打印；3、绘制窑炉设计图纸，包括刚架构造、窑炉砌体、排烟通风系统、异型砖及燃烧器等；4、全部图纸要求上墨加黑并至少要有一AutoCAD制作的1#图纸，要求视图关系正确、尺寸标注完整，图纸中阿拉伯数字和汉字的书写等必须符合相关国标；5、要求完成2000~3000字的英文文献调研报告和至少2000个英文字符的毕业设计摘要。工作进度方案：1、第1~4周：毕业实习，收集相关资料；2、第5~6周：查找资料，确定方案；3、第7~8周：进展初步设计计算；4、第9~10周：详细计算并设计草图；5、第11~15周：完成全部图纸；6、第16~17周：图纸上墨，编制设计说明书；7、第18周起：整理全部材料，准备辩论。3原始数据3.1坯料组成:SiO2AL2O3CaOMgOFeOK2ONa2OTiO2灼失65.720.040.320.230.343.120.204.94.83.2线收缩率线收缩率为11%3.3烧成周期烧成周期为17小时，可调3.4燃料天然气组成：CH4C2H6H2SCO2N2其它86.8%0.11%0.879%4.437%8.1%0.343%3.5烧成工艺确定(见图(3-1)烧成温度曲线)20～450℃2.3小时预热带450～600℃1.3小时预热带600～900℃1.8小时预热带900～1220℃2.6小时烧成带1220～1220℃1.5小时烧成带1220～800℃1.6小时急却带800～500℃3.0小时缓却带500～350℃1.4小时冷却带350～80℃1.5小时冷却带图3-1烧成温度曲线4窑体主要尺寸确实定4.1棚板和立柱的选用根据原始数据，采用裸烧方式即可满足要求，选用棚板的材料是堇青莫来石板，立柱的采用的是堇青莫来石空心立柱，其体积密度为2.0g/cm3。棚板尺寸：690×450×38mm支柱：85×85×500mm横梁：950×30×30mm支帽：105×105×27mm4.2窑长及各带长4.2.1装车方法在窑车的长度方向上设置2块棚板，宽度方向上设置7块棚板。棚板间的间隙在长度方向上为60mm，在宽度方向上为10mm，由此确定窑车车面尺寸为：长：690×2+60=1440取1500mm宽：450×7＋10×6=3210mm4.2.2窑长确实定每车装载制品数为13件。窑长L===80.76m窑容车数：n=80.76/1.5=53.84辆，取54辆。全窑不设进车和出车室，所以窑有效长为54×1.5=81m取82m4.2.3各带长度确实定根据烧成曲线：预热带长=〔预热时间×总长〕/总烧成时间=5.4×82/17=26m烧成带长=〔烧成时间×总长〕/总烧成时间=4.1×82/17=20m冷却带长=〔冷却时间×总长〕/总烧成时间=7.5×82/17=36m4.3窑车车面尺寸4.3.1窑车窑容车数54辆，那么推车时间：17×60/54=18.8min/车；推车速度：60/18.8=3.2车/小时。窑车架高225mm，窑车衬面边缘用三层的轻质砖共260mm，在窑车的中部铺4层硅酸铝纤维棉和1层函锆纤维毯。窑车总高为：225+260=485mm在车面与棚板间留火道，其高度为300mm。4.3.2确定窑截面的尺寸根据窑车和制品的尺寸，窑宽B取3550mm。4.3.3窑车车面上窑墙高设计由窑车平面至窑顶设计尺寸：由于连体座便器尺寸的不确定性，其高度一般在700mm到800mm左右，故取预热带、冷却带：1200mm，为了加强传热，烧成带加高100mm，所以取1300mm。4.4全窑高窑全高〔轨面至窑顶〕：预热带、冷却带为1200+485=1685mm；烧成带为1300+485=1785mm。5窑体及工作系统确实定5.1窑体以2米为一个模数单元节，全窑76米，共有38节。窑体由窑墙主体、窑顶和钢架组成窑体材料由外部钢架构造〔包括窑体加固系统和外观装饰墙板〕和部耐火隔热材料衬体组成。砌筑局部，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。5.1.1钢架每一钢架长度为2米，含钢架膨胀缝。全窑共38个钢架构造，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，钢架承当着窑墙和窑顶及附属设备的全部重量。5.1.2窑墙窑墙采用轻质耐火隔热材料。常用材质如下：堇青莫来石板、莫来石绝热砖、聚轻高铝砖、轻质高铝砖、轻质粘土砖、含锆散棉、硅酸铝棉等耐火材料。窑墙砌筑在钢构造上。每隔两米留设20mm左右的热膨胀缝，用含锆散棉填实。窑墙最外面用10mm厚的碳酸钙板。5.1.3窑顶窑顶是由吊顶板或吊顶砖和角钢或细钢筋等组成的平顶构造。角钢直接焊接在窑顶钢架上，细钢筋那么是做成钩状挂在窑顶钢架上。吊顶板或吊顶砖与角钢或细钢筋紧固。这样，窑顶的重量也由钢架承当。在窑顶上，铺厚度适宜的保温棉和耐火棉，窑体材料的轻质化，可大大减少窑体蓄热。5.1.4检查坑道和事故处理孔由于窑车上棚架稳固，不容易发生倒窑事故。即使发生窑卡车或者其他事故，也可停窑，能够快速冷却下来，再进展处理，对生产影响不大。因此该隧道窑不设置窑车下检查坑道。这样既简化了窑炉根底构造，减少了施工量和难度，又降低了本钱，窑体保温也得到明显改善。5.1.5测温孔为了严密监视及控制窑温度和压力制度，及时调节烧嘴的开度，一般在窑道顶及侧墙留设测温孔安装热电偶。测温孔的间距一般为3-5米，高温段布置密集些，低温段布置相对稀疏。本设计在窑体的第1节~13节，在第1节设置一处测温孔，接下来每隔一节设置一处测温孔，共7处测温孔；在进入烧成带之后的第14节与16节各设置一处测温孔，第18、20、22节的窑顶和窑侧墙处设置测温孔，共6处测温孔；第24，26，28，31，33，35，37，38节各设置一处测温孔，共8处测温孔。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、急冷完毕等都有留设。5.1.6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填充散棉，以防止上下漏气。砂封是利用窑车两侧的厚度约6——8mm的钢制裙板，窑车在窑运动时，裙板插入窑两侧的装有直径为1——3mm砂子的砂封槽，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。5.1.7窑炉根底窑炉根底、拖车道根底、回车线根底用毛石、混凝土或钢筋混凝土、三七灰土三层夯实。5.2排烟系统为了更好的利用烟气的热量能，采用分散排烟的方式。在预热带1～6节设17对排烟口，烟气由各排烟口经窑墙水平烟道进入窑垂直烟管，汇总到排烟总管由排烟机抽出，送到成型车间枯燥坯体。5.3气幕的设定1号车位窑头设封闭气幕。考虑到烟气温度不是很高，故窑顶采用钢板风盒，出风与进车方向成45度角；窑两侧墙竖插管道，管壁开孔与进车方向成45度角。封闭气幕的风源为外界空气。5.4燃烧系统此窑采用小功率多分布高速调温烧嘴的布置方式。两侧垂直和水平交织排列，这样有利于均匀窑温和调节烧成曲线。下部烧嘴喷火口对准装载制品的下部火道，上部烧嘴喷火口对准装载制品上方的局部。烧嘴砖直接砌筑在窑墙上，采用刚玉莫来石材质。烧嘴的具体布置情况为：8——17节下部设置15对共30只，18——23节上部设置12只，下部设置12对共24只。预热带带前部的局部烧嘴和烧成带上部烧嘴可能不开，为调节烧成曲线，增加产量留设备用。助燃风全部为外界空气。5.5冷却系统制品在冷却带有晶体成长、转化的过程，并且冷却出窑，是整个烧成过程最后的一个环节。从热交换的角度来看，冷却带实质上是一个余热回收设备，它利用制品在冷却过程中所放出的热量来加热空气，余热风可供枯燥用，到达节能目的。5.5.1急冷段采用直接向窑吹入冷风的方式，共设置了14对急冷风管，直接向窑喷入冷风。并设置四对侧部抽热口。5.5.2缓冷段制品冷却到800～500℃围时，是产生冷裂的危险区，应严格控制该段冷却降温速率。为了到达缓冷的目的，本设计采用间壁冷却的形式，在29至34节设置3组中空墙来进展间壁冷却。5.5.3快冷段在35-38节分上下两排设置18对快冷风管，气源为外界空气。并在顶部设置抽热口，由抽热风机送至枯燥室。5.5.4窑尾段在40-41节设置4对轴流风机，直接对窑的制品进展冷却，以保证制品的出窑温度低于80℃。5.6车下风系统车下风风源为室冷空气。在18—27节，由车下风风机抽冷空气直接送至窑下，每隔1m开一个车下风孔。5.7输送系统及附属装置隧道窑铺设轨道，轨道安放在钢架上的轨道垫板上，用螺丝联结并焊接。窑车是制品运输的载体。窑车底架由槽钢、钢板等经螺丝联结、焊接而成。在窑头和窑尾各有一手动拖车道，每拖车道上有一辆拖车。窑外有一条手动回车线。拖车轨道和窑轨道和回车线轨道相连接，并在同一水平面上。空窑车在回车线上装载制品，然后推到拖车上，将拖车推到窑头，再用顶车机将窑车推入窑，窑车从窑尾出来经拖车道送至回车线，并在回车线卸载制品。窑头装有油压顶车机。根据设定好的推车速度，顶车机将窑车顶入窑。顶车速度可调。拖车道和回车线轨道直接装在轨道垫板上。在自动回车线上设置有一个窑车下检查坑道，深约1.5米，其长宽尺寸约同窑车大小，用来检修运行不良的窑车。在回车线前部和后部，各设置一道平安检查门，其断面尺寸和窑头断面、曲封尺寸一致。检查门用多块薄钢板制作而成，用螺丝联结，可以调整其高度和宽度。5.8控制和调节系统5.8.1工作原理本窑的控制系统采用分散控制的方法，既可在控制柜统一控制，也可进展现场控制。该系统主要包括动力控制、热工控制、报警装置及平安保护系统。5.8.2动力控制所有风机均采用直接启动方式，手动控制，在窑炉控制柜上设置风机开启/关闭按钮，直接集中控制和统一调节。只要按一下某风机启动按钮，与该风机配套的接触器衔铁便接通风机电源。5.8.3运行平安保护系统及报警系统为了保证该隧道窑在正常工作条件下平安运行，防止窑炉在燃烧系统的某一环节出现故障时供天然气的局部继续向窑炉烧咀供给天然气而造成损坏或事故。本窑设有平安运行保护系统，当出现故障时，要立即关闭天然气主管上手动阀门，从而关闭天然气。此外，为严密监控窑各关键部位的运转情况，本窑设置了故障报警系统。控制柜上设置有报警显示仪：当监视的任一部件出现故障时，即出现声光报警，以便操作人员及时发现和处理故障。5.8.4热工控制系统5.8.4.1烧成带温度的控制本窑共设有8个控制回路,〔其中5点为自动控制回路〕对各控制点是进展独立控制，5点均用于窑段对应的调节单元的温度调节，只需调节燃气量，就可到达调节窑温的目的。现就一个单元简述一下温度调节的过程:每个温度调节单元主要有温控调节器、执行器、执行器带动的蝶阀、烧咀和热电偶几个主要局部组成。调节单元正常工作时，温控调节器中要输入一个设定温度值，单元热电偶来实测窑本单元的温度，并通过温度传感器把该温度的毫伏信号送回到温控调节器，使其与设定温度比拟，如果实测温度低于设定温度，温控调节器就会输出一个信号，使执行器带动蝶阀向开大天然气的方向变化，直到实测温度与设定温度一样。如果实测温度高于设定温度，调节过程与此类似，只是电动执行器带动蝶阀向开度小的方向变化，以减少烧咀喷出的天然气量，使窑温下降。5.8.4.2预热带和冷却带的温度控制预热带和冷却带温度控制的手段主要是通过调节排烟总闸、排烟支阀、各种气幕、抽余热总闸、支阀以及冷却风闸等来实现的。所有闸板和阀门都标记有刻度线，方便调节。6窑体材料和厚度确实定窑体所采用的材料及其厚度应该满足各段使用性能要求，综合考虑各处的温度对窑墙、窑顶的要求，窑体外表最高温度限制以及砖形、外观整齐等方面的因素，确定窑体材料和厚度见如下。表6—1窑体材料和厚度表窑墙窑顶温度段(℃)该段长度(m)轻质高铝砖(mm)聚轻高铝砖(mm)轻质粘土砖(mm)硅酸铝棉(mm)硅酸钙硬板(mm)该段厚度(mm)堇青莫来石板〔mm)莫来石绝热砖〔mm)硅酸铝纤维(mm)20-900261142301035420230900-122020114230100104542302301220-800811423010010454230230800-80281142301035420230堇青莫来石板制品具有热膨胀系数小，抗震稳定性好，使用寿命长，且不会突然断裂，使用过程中不氧化不落脏掉渣，不污染烧品，是在1300℃以下烧成瓷制品最理想的材料。7燃料燃烧计算7.1助燃空气量计算所用燃料为液化气，低位发热量：Qnet,ar=110000KJ/m3。查工具书，得理论空气燃烧计算式，Va0=0.264*+0.02(m3/m3)那么理论空气需要量为：Va0=0.264*+0.02=9.524(m3/m3)取空气过剩系数为1.2，那么实际需要空气量为：Va=qv,a=αVa0=1.2*9.524=11.4288(m3/m3)7.2烟气量计算查工具书，得理论空气燃烧计算式，V0=0.264*+1.02(m3/m3)那么理论烟气量为：V0=0.264*+1.02=10.524(m3/m3)实际烟气量为：V=V0+〔α-1〕Va0=10.524+〔1.2-1〕*9.524=12.4288(m3/m3)7.3燃烧温度计算t=〔QDw+VaCata+CfTf〕/〔VC〕查表在t=1730℃时的烟气比热为C=1.64kJ/(Nm3•℃)，在室温20℃时空气比热为Ca=1.30kJ/(Nm3•℃)，天然气的比热为Cf=1.56kJ/(Nm3•℃)，代入公式得t=(36000+11.428×1.30×20+1.56×20)/〔12.4288×1.67〕=1782℃相对误差为：〔1782-1730〕/1782=2.9%<5%，认为合理。取高温系数n=0.8，那么实际燃烧温度为tp=ηtth=0.8*1782=1425.6℃。1425.6－1220=205.6℃，比烧成温度高出205.6℃，认为合理。8物料平衡计算8.1每小时烧成干制品的质量=推车速度×每车载重=3.2*450=1440kg每小时进3.2车，每车装载制品450kg8.2每小时入窑干坯的质量G1=Gm·=1440×=1513kg/h8.3每小时欲烧成湿制品的质量G2=G1·=1513×=1547kg/h8.4每小时蒸发的自由水的质量GW=G2-G1=1547－1513=34kg/h8.5每小时从精坯中产生的CO2的质量8.5.1每小时从精坯中引入的CaO和MgO质量计算GCaO=G1·CaO%=1513×0.32%=4.8416kg/hG=G1·MgO%=1513×0.23%=3.4799kg/h8.5.2产生的CO2质量Gco=Gco·＋G·=7.63kg/h8.6每小时从精坯中排除构造水的质量GipGip=G1×IL%-Gco=1513×4.8%-7.63=64.994kg/h8.7窑具的质量Gb每车有20个火道支柱，20个支帽，12根横梁，14块棚板。共重约300kg，Gb=300×3.2=960kg/h9预热带和烧成带的热平衡计算9.1确定热平衡计算的基准、围本次计算选用1小时为计算基准，以0℃作为基准温度。以预热带和烧成带为计算围。9.2热平衡示意图图9-1预热带和烧成带的热平衡示意图Q1—坯体带入显热；Q2—硼板、支柱等窑具带入显热；Q3—产品带出显热；Q4—硼板、支柱等窑具带出显热；Q5—窑墙、顶总散热；Q6—物化反响耗热；Q7—窑车蓄热和散失热量；Q8—其他热损失；Qg—烟气带走显热；Qf—燃料带入化学热及显热；Qa—助燃空气带入显热；Q/a—预热带漏入空气带入显热；Qs—气幕、搅拌风带入显热；9.3热收入工程9.3.1坯体带入显热Q1Q1=G1C1T1〔kJ/h〕其中：G1—入窑制品质量〔Kg/h〕；G1=1547Kg/h；T1—入窑制品的温度〔℃〕；T1=40℃C1—入窑制品的平均比热〔KJ/〔Kg·℃〕〕；T1=40℃时，C1=0.92KJ/〔Kg·℃〕；Q1=G1C1T1=1547×0.92×40=56929.6〔kJ/h〕9.3.2硼板、支柱等窑具带入显热Q2Q2=G2C2T2〔kJ/h〕其中：G2—入窑硼板、支柱等窑具质量〔Kg/h〕；G2=960Kg/h；T2—入窑硼板、支柱等窑具的温度〔℃〕；T2=40℃C2—入窑硼板、支柱等窑具的平均比热〔KJ/〔Kg·℃〕〕；碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算：C2=0.963+0.000147t=0.963+0.000147×40=0.968KJ/〔Kg·℃〕Q2=G2C2T2=960×0.968×40=37171.2〔kJ/h〕9.3.3燃料带入化学热及显热QfQf=〔Qnet,ar+TfCf〕x〔kJ/h〕其中：Qnet,ar—所用燃料低位发热量〔KJ/m3〕；燃料为天然气，低位发热量为：Qnet,ar=36000KJ/m3；Tf—入窑燃料温度〔℃〕；入窑天然气温度为Tf=20℃；Cf—入窑燃料的平均比热容〔KJ/〔Kg·℃〕〕；查表，Tf=20℃时天然气平均比热容为：Cf=1.56KJ/〔Kg·℃〕；x—设每小时天然气的消耗量为x〔m3/h〕；Qf=〔Qnet,ar+TfCf〕x=〔36000+20×1.56〕x=36031xkJ/h9.3.4助燃空气带入显热QaQa=qvCaTa〔kJ/h〕其中：qv,a—入窑助燃风流量〔m3/h〕；前面燃烧局部计算得：qv=Va*x=11.4288x(m3/h)；Ta—入窑助燃风的平均温度〔℃〕；助燃风用冷却带抽出热风，Ta=20℃；Ca—入窑助燃风的平均比热容〔KJ/〔Kg·℃〕〕；查表，Ta=20℃助燃风时平均比热容为：Ca=1.30KJ/〔Kg·℃〕；Qa=qvCaTa=11.4288x×1.30×20=297.1488x〔kJ/h〕9.3.5从预热带不严密处漏入空气带入显热Q/aQa/=qv/×Ca/×ta/取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.5，已求出理论空气量Va0=9.524Nm3/Nm3烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.2。Va/=x×〔ag-af〕×Va0=x(2.5-1.2)×9.524=12.382x〔Nm3/h〕，漏入空气温度为ta/=20℃，此时Ca/=1.30kJ/(Nm3·℃)，那么：Qa/=qv/×Ca/×ta/=12.38x×1.30×20=332.8x〔kJ/h〕9.3.6气幕、搅拌风带入显热Qs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0.5-1.0倍，取为0.6倍。所以：Vs=0.6qv=0.6×11.428x=6.8568x〔Nm3/h〕，设ts=20℃，查得Cs=1.30kJ/(Nm3·℃)，Qs=Vs×Cs×ts=6.8568x×1.30×20=178.2768x〔kJ/h〕9.4热支出工程9.4.1制品带出显热Q3Q3=G3C3T3〔kJ/h〕出烧成带产品质量：G3=1440Kg出烧成带产品温度：t3=1220℃查手册[11]，此时产品平均比热：C3=1.20kJ/(kg•℃)那么：Q3=G3×C3×t3=1440×1220×1.20=2108160〔kJ/h〕9.4.2硼板、支柱等窑具带出显热Q4Q4=G4C4T4〔kJ/h〕棚板、立柱质量：G4=960kg/h出烧成带棚板、立柱温度：T4=1220℃此时棚板、立柱的平均比热：C4=0.84+0.000264t=0.84+0.000264×1220=1.16kJ/(kg·℃)Q4=G4×C4×T4=960×1.16×1224=1361028.1〔kJ/h〕9.4.3烟气带走显热QgQg=qgCgTg〔kJ/h〕烟气中包括燃烧生成的烟气，预热带不严密处漏入空气外，还有用于气幕的空气。用于气幕的空气的体积Vs=6.8568x(Nm3/h)离窑烟气体积：qg=[Vg0+〔ag-1〕×Va0]x+Vs烟气温度为100℃此时烟气比热Cg=1.068kJ/(Nm3·℃)Qg＝qg×Cg×tg＝{[12.4288+(2.5-1)×9.524]x+6.8568x}×1.068×100＝3585.45x〔kJ/h〕9.4.4窑墙、窑顶散失热量Q5根据各段材料不同,并考虑温度围不能太大,将预热带和烧成带分成三段计算9.4.4.120—600℃段该段窑长度为17.4米，窑宽为3.55米。窑外壁外表平均温度80℃，窑壁外表平均温度：〔20+600〕/2=310℃9.4.4.1.1窑墙局部散热计算此局部用材料如下：轻质高铝砖，厚度δ=114mm，导热系数0.706w/〔m·℃〕；轻质粘土砖，厚度δ=230mm，导热系数0.342w/〔m·℃〕；硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/〔m·℃〕；热流q1===235.5W/m不考虑车台面以下局部的窑墙散热，窑高按1200mm计算，那么两侧窑墙散热量：Q/1=2×235.5×17.4×1.2×3.6=35397〔kJ/h〕9.4.4.1.2窑顶局部散热计算此局部用材料如下：堇青莫来石板，厚度δ=20mm，导热系数0.2w/〔m·℃〕；硅酸铝棉，厚度δ=230mm，导热系数0.24w/〔m·℃〕；热流q2===217.3W/m窑顶散热量：Q/2=217.3×3.55×17.4×3.6=48326.5〔kJ/h〕所以，20—450℃段的窑体散热总量为：Q/a=Q/1＋Q/2=35397+48326.5=83723.5〔kJ/h〕9.4.4.3600—900℃段该段长度为8.6米，窑外壁外表平均温度80℃，窑壁外表平均温度：〔600+900〕/2=750℃9.4.4.3.1窑墙局部散热计算此局部用材料如下：轻质高铝砖，厚度δ=114mm，导热系数0.706w/〔m·℃〕；轻质粘土砖，厚度δ=230mm，导热系数0.342w/〔m·℃〕；硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/〔m·℃〕；热流q3===685.9W/m那么两侧窑墙散热量：Q/7=2×685.9×1.2×8.6×3.6=50963.8〔kJ/h〕9.4.4.3.2窑顶局部散热计算此局部用材料如下：堇青莫来石板，厚度δ=20mm，导热系数0.2w/〔m·℃〕；硅酸铝棉，厚度δ=230mm，导热系数0.24w/〔m·℃〕；热流q4===633.1W/m窑顶散热量：Q/8=3.55×633.1×8.6×3.6=69579.6〔kJ/h〕所以，600—900℃段的窑体散热总量为：Q/9=Q/7+Q/8=50963.8+69579.6=120543.4〔kJ/h〕9.4.4.4900—1220℃段该段长度为20米，窑外壁外表平均温度80℃，窑壁外表平均温度：〔900+1220〕/2=1060℃9.4.4.4.1窑墙局部散热计算此局部用材料如下：聚轻高铝砖，厚度δ=114mm，导热系数0.45w/〔m·℃〕硅酸铝棉，厚度δ=100mm，导热系数0.24w/〔m·℃〕轻质粘土砖，厚度δ=230mm，导热系数0.342w/〔m·℃〕；硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/〔m·℃〕热流q10=q5===593.2W/m不考虑车台面以下局部的窑墙散热，窑高按1300mm计算，那么两侧窑墙散热量：Q/10=2×593.2×1.3×20×3.6=112714〔kJ/h〕9.4.4.4.2窑顶局部散热计算此局部用材料如下：莫来石绝热砖，厚度δ=230mm，导热系数0.3w/〔m·℃〕；硅酸铝棉，厚度δ=230mm，导热系数0.24w/〔m·℃〕；热流q11=q6===568.1W/m窑顶散热量：Q/11=20×3.55×3.6=147388.6〔kJ/h〕所以，900—1170℃段的窑体散热总量为：Q/12=Q/10+Q/11=112714+147388.6=260102.6〔kJ/h〕综上所述，预热带和烧成带窑体散失热量总和为：Q5=83723.5+120543.4+260102.6=464369.5〔kJ/h〕9.4.5窑车蓄热和散失热量Q6取经历数据，占热收入的10%。9.4.6物化反响耗热Q79.4.6.1自由水蒸发吸热QwQw=Gw×〔2490+1.93×tg〕自由水的质量Gw=34kg/h烟气离窑的温度tg=100℃。制品中AL2O3含量为20.04%那么可得：Qw=34×〔2490+1.93×100〕=912229.4.6.2构造水脱水吸热Q/wQ/w=6700q/m,w〔kJ/h〕其中：q/m,w—入窑制品所含构造水的质量流量6700—1Kg构造水脱水所需热量〔KJ/Kg〕；Q/w=6700q/m,w=64.994×6700=435459.8KJ/Kg9.4.6.3其余物化反响吸热QdQd=qdm×2100×w(Al2O3)〔kJ/h〕其中，qdm—入窑干制品质量流量〔Kg/h〕；qdm=1513Kg/h；2100—1KgAl2O3的反响热〔KJ/Kg〕；w(Al2O3)—瓷洁具结合剂中Al2O3含量占总质量的质量分数；w(Al2O3)=20.04%；Qd=qdm×2100×w(Al2O3)=1513×2100×20.04%=635460〔kJ/h〕那么物化反响总耗热为：Q7=91222+435459.8+635460=1362142〔kJ/h〕9.4.7其他热损失Q8一般取经历数据，此项热支出占热收入的5%—10%，本次计算取5%。9.5列热平衡方程式由热平衡方程：热收入=热支出，有Q1+Q2+Qf+Qa+Q/a+Qs=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q856929.6＋36031.2x＋297.15x＋332.8x＋37171.2＋178.3x=2108160＋3585.5x＋464369.5＋1362142＋1361028.1＋10%Q收＋5%Q收解得x=188.1Nm3/h单位燃耗：188.1/1440=0.131〔标准立方米/千克瓷〕单位热耗：0.1184×36000=4702.5(千焦/千克瓷)9.6预热带和烧成带热平衡表表9-1预热带和烧成带热平衡表热收入热支出工程(kJ/h)〔%〕工程(kJ/h)〔%〕坯体带入显热56929.60.81产品带走显热210816030.01燃料化学显热6777468.7296.5烟气带走显热674432.559.60助燃空气显热55893.9150.79窑墙、窑顶带走显热464369.56.61漏入空气显热62599.680.89物化反响耗热136214219.4棚板、立柱带入显热37171.20.53棚板、立柱带出显热1361028.119.38气幕显热33538.230.48窑车积、散热702360.134510其它热损失351180.06735总计7023601.345100总计7023672.352100分析：两者之间存在差值，是因为预热带窑负压在该次计算中忽略了窑底漏入窑风带来的热量，实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冷却带的热平衡计算10.1确定热平衡计算的基准、围本次计算选用1小时为计算基准，以0℃作为基准温度。以冷却带为计算围。10.2热平衡示意图图10-1冷却带的热平衡示意图Q3—制品带入显热；Q4—硼板、支柱等窑具带入显热；Q9—窑车带入显热；Q10—急冷风带入显热与冷却带末端送入冷却风带入显热；Q11—制品带出显热；Q12—硼板、支柱等窑具带出显热；Q13—窑车蓄热、带出及散失之热；Q14—窑墙、顶总散热；Q15—抽走余热风带走热量；Q16—其他热损失；10.3热收入工程10.3.1制品带入显热Q3制品带入冷却带的显热等于预热带和烧成带制品带出显热Q3=2108160〔kJ/h〕10.3.2硼板、支柱等窑具带入显热Q4此项热量即为预热带和烧成带硼板、支柱等窑具带出热Q4=1361028.1〔kJ/h〕10.3.3窑车带入显热Q9预热带和烧成带窑车散失之热约占窑车积热的5%，即95%之积热进入了冷却带。Q9=0.95×Q6=702360.1345×0.95=667242.13〔kJ/h〕10.3.4急冷风与窑尾风带入显热Q10设窑尾风风量为Vx,一般急冷风量为窑尾风量的〔1/2-1/4〕，本设计取急冷风是窑尾风的1/2，那么急冷风与窑尾风的总风量为：1.5Vx。空气的温度ta=20℃,此时空气的平均比热ca=1.296kJ/(Nm3·℃〕.那么：Q10=Va×ca×ta=1.5Vx×1.296×20=38.88Vx〔kJ/h〕10.4热支出工程10.4.1制品带出显热Q11出窑产品质量G11=1440㎏出窑产品温度t11=80℃，产品比热C11=0.896kJ/(kg·℃)Q11=G11×C11×t11=1440×80×0.896=103219.2〔kJ/h〕10.4.2硼板、支柱等窑具带出显热Q12出窑棚板、立柱质量G12=960kg/h出窑棚板、立柱温度t12=80℃，棚板、立柱比热C12=0.861kJ/〔kg·℃〕Q12=G12×C12×t12=960×0.861×80=66124.8〔kJ/h〕10.4.3窑车蓄热、带出及散失之热Q13此项热量占窑车带入显热的55%，Q13=0.55×Q9=0.55×667242.13=366983.17〔kJ/h〕10.4.5窑墙、顶总散热Q14根据各处的材料，并考虑温度围不能太大，将窑墙分两段计算其向外散热10.4.5.11220—800℃段该段长度为8米，窑外壁外表平均温度80℃，窑壁外表平均温度：〔1220+80〕/2=1010℃10.4.5.1.1窑墙局部散热计算此局部用材料如下：聚轻高铝砖，厚度δ=114mm，导热系数0.45w/〔m·℃〕硅酸铝棉，厚度δ=100mm，导热系数0.24w/〔m·℃〕轻质粘土砖，厚度δ=230mm，导热系数0.342w/〔m·℃〕；硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/〔m·℃〕热流q1===562.94W/m不考虑车台面以下局部的窑墙散热，窑高按1300mm计算，那么两侧窑墙散热量：Q//1=2×562.94×1.3×8.2×3.6=43206.84〔kJ/h〕10.4.5.1.2窑顶局部散热计算此局部用材料如下：莫来石绝热砖，厚度δ=230mm，导热系数0.23w/〔m·℃〕；硅酸铝棉，厚度δ=230mm，导热系数0.24w/〔m·℃〕；热流q2===539.13W/m窑顶散热量：Q//2=3.55×8×3.6=56498.67〔kJ/h〕所以，1220—800℃段的窑体散热总量为：Q//3=Q//1+Q//2=43206.84+56498.67=99705.51kJ/h10.4.5.2800—80℃段该段长度为28米，窑外壁外表平均温度80℃，窑壁外表平均温度：〔800+80〕/2=440℃10.4.5.2.1窑墙局部散热计算此局部用材料如下：轻质高铝砖,厚度δ=114mm，导热系数0.706w/〔m·℃〕轻质粘土砖，厚度δ=230mm，导热系数0.342w/〔m·℃〕；硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/〔m·℃〕热流q3===368.53W/m不考虑车台面以下局部的窑墙散热，窑高按1200mm计算，那么两侧窑墙散热量：Q//4=2×368.53×1.2×27.5×3.6=87563.55〔kJ/h〕10.4.5.2.2窑顶局部散热计算此局部用材料如下：堇青莫来石板，厚度δ=20mm，导热系数0.2w/〔m·℃〕；硅酸铝棉，厚度δ=230mm，导热系数0.24w/〔m·℃〕；热流q4===340.16W/m窑顶散热量：Q//5=340.16×27.5×3.55×3.6=119549.23〔kJ/h〕所以，800—80℃段的窑体散热总量为：Q//6=Q//4+Q//5=87563.55+119549.23=207112.78〔kJ/h〕综上所述，冷却带窑体散失热量总和为：Q14=99705.51+207112.78=306818.29〔kJ/h〕10.4.6抽走余热风带走热量Q15=q15×Ca×taQ15=q15×Ca×ta其中，q15—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=1.5VxNm3。漏出空气忽略不记T15—抽走余热风的平均温度〔℃〕；取T15=250℃C15—抽走余热风的平均比热〔KJ/〔Kg·℃〕〕；查表，T15=250℃时，热空气的平均比热为：C15=1.038KJ/〔Kg·℃〕那么：Q15=q15×C15×t15=1.5Vx×250×1.038=389.25Vx〔kJ/h〕10.4.7其他热损失Q16取经历数据，占冷却带热收入的5%—10%，本次计算取5%。10.5列热平衡方程式列出热平衡方程式热收入=热支出，即：Q3+Q4+Q9+Q10=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15+Q162108160＋1361028.1＋667242.13＋38.88x=103219.2＋66124.8＋306818.29＋366983.17＋389.25x＋5%Q收得：Vx=8760.55Nm3/h因此得窑尾风量为8760.55Nm3/h急冷风量为4380.3Nm3/h那么每小时应抽余热风为：1.5×8760.55=13140.83Nm310.6冷却带热平衡表表10-1冷却带热平衡表热收入热支出工程(kJ/h)(%)工程(kJ/h)(%)产品带入显热210816047.09产品带出显热103219.22.31棚板、立柱带入显热1361028.130.4棚板、立柱带出显热66124.81.48窑车带入显热667242.1314.9窑体散热306818.296.85急冷、窑尾风带入显热340610.017.61窑车带走和向车下散失显热366983.178.19抽热风带走显热3410044.0176.17其它散热223852.0125合计4477040.24100合计4477041.482100分析：热平衡分析:从上面热平衡列表可以看出，热收入与热支出根本保持平衡，而热支出大于热收入是因为窑底冷风带入显热要大于现在的计算值。主要的热支出是抽出的热空气带走的显热，为了节能，提高热效率往往要充分利用，冷却带余热可以用它去枯燥坯体。11管道尺寸、阻力计算、风机选型11.1排烟系统的设计11.1.1排烟量计算排烟系统需排除烟气量：Vg=[Vg0+(αg－1)×Va0]＋Vm=[12.4288+(2.5－1)×9.524]×188.1+6.8568×188.1=6314.82m3/h=1.75m3/s11.1.2排烟口及水平支烟道尺寸共有17对排烟口，那么每个排烟口的烟气流量为：qv=1.75/34=0.073m3/s标准状态下烟气在砖砌管道中的流速为1～2.5m/s，流速太大那么阻力大，流速太小那么管道直径过大，造成浪费。现在取流速v=1.5m/s，烟道截面积为：A=0.073/1.5=0.049m2排烟口取长0.230m，那么宽为0.25m，考虑砖型，取4层厚，即0.26m。11.1.3垂直支烟道尺寸烟气由排烟口至垂直支烟道流量不变，流速一样，所以截面积应相等。但考虑到砖的尺寸，取截面尺寸为：0.23×0.232m2。垂直深度应和窑墙〔车台面至窑顶〕高度一样，为1200mm。其截面积为：0.23×0.232=0.0.05336m2。其水力半径为：R==0.23m窑墙以上局部用金属管道连接，考虑到实际流量、砌筑方法、垂直烟道的当量直径等，取垂直金属烟道直径为Φ1=200mm。此局部垂直金属烟道高度约为1.2米左右，实际距离要以现场风机安装位置等实际情况为准。11.1.4水平主烟道尺寸水平主烟道长度12米，直径Φ2=450mm。11.2阻力计算阻力计算应包括料垛阻力、位压阻力、摩擦阻力和烟囱阻力的计算之和。11.2.1料垛阻力h1取经历数据，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，即第13节，最后一对排烟口在第6节，每节长2米，那么：h1=〔13-6〕×2×1=14Pa11.2.2位压阻力h2风机与烟囱设在窑外的车间地面上，烟气从排烟口到风机〔烟囱底部〕，位置升高1.0米。取烟气平均温度为100℃。hg=－H(ρa－ρg)·g=－1.0×[1.29×273/(273+40)－0.95×273/(273+100)]×9.8=－3.92Pa11.2.3局部阻力h3烟气从炉膛进入排烟口，突然缩小，取ξ1=0.5；v=1.5m/s90°转弯至垂直支烟道，取ξ2=2；v=1.5m/s垂直支烟道至分烟管截面突增，取ξ3=0.70；v=1.5m/s水平支烟道与水平主管道成90°，取ξ4=2；v=1.5m/s水平主管90°转弯，取ξ5=2；v=5m/s再45°下降至风机接口，取ξ6=0.5；v=5m/s=48.16Pa11.2.4摩擦阻力h4对非圆形通道应求当量直径d：排烟口的直径和长度d1=0.244m；l1=0.28m垂直支烟道当量直径和长度〔砌筑局部〕：d2==0.23m；l2=1.2m；垂直支烟道当量直径和长度〔金属管道局部〕：d3=4*=0.4m；l3=1.2m；水平支烟道当量直径和长度：d4=4*=0.4m；l4=0.5m；水平主烟道当量直径和长度：d5=4*=0.9m；l5=15m；摩擦阻力系数：金属管取ζ1＝0.03，砌筑管道取ζ2＝0.05，那么有h4=ξ1〔+〕**ρ+ξ2〔++〕**ρ=14.52Pa11.2.5烟囱阻力h11.2.5.1烟囱尺寸烟囱排出烟气量为：V=1.75m/s烟囱高度为10米，标准状态下取烟气在烟囱的流动速度为10m/s，平均温度为100℃，其直径为：0.6m，取直径为600mm11.2.5.2计算烟囱阻力=16.04Pa由于烟囱较矮，烟气在烟囱中的流速比拟大，烟囱本身的抽力尚不能克制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。须用风机来克制阻力。风机应克制的总阻力为：hx=h1+h2+h3+h4+h=14－3.92＋48.16＋14.52＋16.04＝88.8Pa11.3风机选型为保证正常工作，取平安系数为1.3所以选型应具备风压H为：＝198.2Pa风量为：Q=1.3×Vg×(273+100)/273=1.3×6314.82×373/273=11216.32m3/h查"风机选用手册"选引风机Y8-39No5.6，其参数见表11-1。11.4其它系统管道尺寸确实定及风机选型11.4.1各管道尺寸的计算11.4.1.1助燃风管的计算助燃风量V1=Va×x=11.4288×188.1=1399.5Nm3/h实际助燃风量m3/h=0.64m3/s取助燃风在总管中的流速为10m/s助燃风总管径：=0.286m取300mm助燃风分管径：m取200mm共有66个烧嘴，取流速为w=10m/s所以m取40mm11.4.1.2急冷风管的计算该段冷风鼓入量一般为冷却带鼓入量的1/3，所以4380.3Nm3/h实际鼓风量为m3/h=1.31m3/s总管m，取410mm分管m，取300mm支管m，取80mm11.4.1.3急冷段抽热风管的计算冷却带总抽风量：13140.83Nm3/h，抽出温度为300℃实际抽风量m3/h=5.66m3/s总管m，取850mm 支管〔共有8个抽热风口〕m，取300mm11.4.1.4搅拌气幕风管尺寸的计算气幕风量为1290.37Nm3/h气幕实际鼓风量m3/h=0.385m3/s气幕总管直径d1=m，取220mm气幕支管直径d2=m，取65mm11.4.1.5封闭气幕管道尺寸的计算封闭气幕总管直径取100mm11.4.1.6窑尾鼓冷风管尺寸的计算窑尾鼓冷风量为8760.55Nm3/h实际鼓风量m3/h=2.61m3/s总管m，取650mm分管d分m，取460mm支管d分m，取80mm11.4.2各窑段的风机选型11.4.2.1急冷段急冷风机的选用为保证正常工作，取平安系数为1.3，风机鼓风量Q=1.3×4380.3=5694.4Nm3/h比拟各种风机性能后，采用G6-43No6.3型离心通风机。它是新型高效率中、低压离心通风机，具有效率高，节约电力，运转平稳，噪声低，构造完善，便于维修，拆装方便等优点。11.4.2.2窑尾风机的选用为保证正常工作，取平安系数为1.3，风机鼓风量Q=1.3×8760.55=11388.72Nm3/h。11.4.2.3缓冷段抽热风量缓冷不设风机。11.4.2.4助燃风机的选用为保证正常工作，取平安系数为1.3，助燃风机需鼓入风量Q=1.3×2307.25=2999.43Nm3/h由于助燃风要求高压强制通风，且本设计助燃风不要求预热。.11.4.2.5车下风机车下风为冷却窑车而用，每个车轮下设一小吹风口，风量不需要很大，这里以窑尾风量的一半计算，即：Q=11388.72/2=5694.36Nm3/h。11.4.2.6轴流风机为了更好的保证制品出窑温度低于80℃，在窑尾设置了4对环保低噪音轴流风机。其参数为：型号，T35；流量，5951m3/h；功率，1.1KW；转速，2900r/min。列出风机选型表：表11-1风机型号表用途风机名称机型转速r/min全压Pa风量m3/h电动机型号功率/kW搅拌风机离心通风机G6-43No3.3284017851474Y190S-21.5车下风机离心通风机G6-43No6.3144016525896Y132S-45.5排烟风机锅炉引风机Y8-39No5.62900397112214Y200L1-230助燃风机离心通风机G6-43No6.3144017973106Y132S-45.5快冷风机离心通风机G6-43No8.51470327113034Y160M-422抽热风机锅炉引风机Y4-73No9D1450164425976Y180L-422急冷风机离心通风机G6-43No6.3144016525896Y132S-45.512烧嘴选型12.1每个烧嘴所需的燃烧能力由于全窑共有66个烧嘴，且每小时燃料的消耗量为188.1m3，考虑每个烧嘴的燃烧能力和烧嘴燃烧的稳定性，取平安系数1.5，所以每个烧嘴的燃烧能力为：188.1×1.5/66=4.275Nm3/h那么每个烧嘴的热负荷为：4.275×36000=153900kJ/h12.2选用烧嘴应注意的原那么烧嘴的选用能适应和满足生产需要即可，应尽量防止不必要的浪费。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12.3选用烧嘴由于本设计的窑宽到达3550mm，为了保证断面温度的均匀与稳定，通过资料查询，选用施能燃烧设备生产的型号为SIO-200烧嘴，其主要参数为：火焰长度1100mm-2400mm，出口速度为80m/s，燃气压力2000Pa，助燃空气压力4200Pa。此烧嘴不需要专门的燃烧室，烧嘴砖直接砌筑在窑墙上即可。13工程材料概算13.1窑体材料概算13.1.1硅酸钙硬板，规格：σ=10mm取窑墙的平均高度为1.8m，窑长82m；两侧窑墙需：2×1.8×82=295.2m2，取300m2。13.1.2轻质粘土砖，规格：230×114×65mm密度ρ=1.0g/cm3，重烧线变化不大于2%的试验温度1350℃，在全窑砌有厚度230mm，窑体的平均身高为1.8m，所以砌有粘土砖的窑墙体积为V=2×0.23×1.8×82=67.9m3共需粘土砖67.9/〔0.114×0.230×0.065〕=39838块13.1.3轻质高铝砖，规格：230×114×65mm密度ρ=1.0g/cm3，全窑所砌筑的长度为26+28=54m，所以V=2×0.114×1.8×5