《热工基础与设备》第01章-绪 论-2011冬(revised).ppt

1、2020/7/30,1,硅酸盐热工基础与设备,谢建军 电子信息材料系： 317 Room 电 话：; 56385387 (o) E-mail: ,2020/7/30,2,学分：4 Points ；地点：延长 IV 教 101 ；时间：星期一 (12节） 星期 三(34节）,2020/7/30,3,一、课程的性质任务,1、热工基础? 热工设备? 2、该门课的性质： 专业基础选修课 任 务：讨论与热工过程有关的气体性质、气体流动特性，了解燃料的燃烧及热量的产生、传递、交换等特点。,2020/7/30,4,3、课程内容,绪 论 气体（流体）力学基础： 传热学 燃烧学 热工设

2、备 无机非金属窑炉 （辅助：观看教学录像）,2020/7/30,5,二、课程特点,强调“三传一反的能量交换”：动量、质量、热量传递、燃烧与烧成反应。 强调平衡概念：能量平衡、动量平衡、物料平衡。 强调基本概念、基本定律、基本方法、基本理论知识。 强调理论与实践：用基本的理论知识去理解硅酸盐行业常见的热工设备（窑炉、烟囱等）的工作原理。 强调分析问题、解决问题的能力。,2020/7/30,6,三、课程的主要研究方法,数学方法：微分方程和积分方程的求解及 数值求解； 分析方法：过程分析与数量级分析等； 模型方法：物理模型及数学模型的建立； 类比方法：热电类比及动量，质量，热量传递的 类比等；,20

3、20/7/30,7,四、课时安排及考核方式,第一章 绪 论 （2学时+2学时录像） 第二章 流体力学基础及气体力学在窑炉中的 应用（8学时+2学时录像） 第三章 传热原理（8学时+2学时录像） 第四章 燃料及其燃烧（6学时） 第五章 工业窑炉（4学时） 复习、考试 (4学时）（第十周）,（共40学时）,2020/7/30,8,考核方式： 出勤+课堂提问互动 10% 课后作业 20% 期末考试 70%,7080%,2030%,填 空 选 择 判 断 问 答,综合计算,考试内容：,2020/7/30,9,五、教材及教学参考书,教材 : 徐利华 热工基础与工业窑炉冶金工业出版社 参考书: 孙晋涛 硅

4、酸盐热工基础武汉工业大学出版社 姜金宁 热工过程与设备 冶金工业出版社 杨世铭 传热学 人民教育出版社 韩昭论 燃料及燃烧 冶金工业出版社,2020/7/30,10,第一章 绪 论,引 言 窑炉分类 窑炉发展 单 位 制,2020/7/30,11,引 言,材料科学和窑炉发展 材料-窑炉-材料-窑炉-材料,间歇与连续 平焰与倒焰 烟气与空气 操作制度,窑炉结构和热工基础 (流体力学、燃烧学、传热学）,工艺过程和热工过程 (陶瓷、玻璃、水泥),设计依据和设计原则,To No.17,2020/7/30,12,工艺过程,陶瓷： 配料-成型-烧成 烧成制品窑 （基础）（手段）（关键） 玻璃： 配料-熔融

5、、澄清、冷却 -成型-退火 熔融制品窑 水泥： 配料-生料磨-熟料煅烧 -配料-水泥磨（?） 粒状制品窑,2020/7/30,13,热工过程,陶瓷：预热-烧成-冷却,玻璃：熔融-澄清-冷却,水泥： 干燥-预热-碳酸盐分解-固相反应 -液相烧结-熟料凝结,2020/7/30,14,热工过程,连续式（陶瓷、玻璃）窑炉,预热带,烧成带,冷却带,2020/7/30,15,热工过程,间歇式（陶瓷）窑炉,返回,2020/7/30,16,操作制度 陶瓷：温度 气氛 压力（烧成制度） 玻璃：温度 气氛 压力 液面 泡界线（作业制度） 水泥：温度 气氛 （煅烧制度）,烟气与空气 两个相对独立的子系统,平焰与倒焰

6、 火焰流动方向与窑内上下温差的关系,间歇与连续式窑炉的差别： 产量 热效率 劳动强度 自动控制 温差 烧成制度调整 投资额,返回,2020/7/30,17,窑炉分类 （A）陶瓷窑炉 Kg/d,运载工具：窑车式 隧道窑 非窑车式 推板窑 辊道窑 气垫窑 步进窑,操作类型： 连续式 隧道窑 推板窑 辊道窑 间歇式 倒焰窑 新型间歇式钟罩窑 梭式窑,2020/7/30,18,加热方式：,其 它：用途： 素烧 釉烧 烧银 烤花 煅烧 烧成 温度： 低温 中温 高温 超高温 断面积： 大 中 小 烧嘴位置： 顶烧窑 底烧窑 侧烧窑 烧成速度： 快烧窑 火焰流动方向： 倒焰 平焰 升焰 半倒焰,火焰窑 明

7、焰 隔焰 半隔焰 电 窑 敞露式 封闭式,2020/7/30,19,隧道窑,陶瓷窑炉,2020/7/30,20,陶瓷窑炉,2020/7/30,21,倒焰窑,陶瓷窑炉,2020/7/30,22,陶瓷窑炉,2020/7/30,23,陶瓷窑炉,辊道窑,2020/7/30,24,陶瓷窑炉,隧道窑,抽屉窑,2020/7/30,25,陶瓷窑炉,网带窑,升降窑,2020/7/30,26,陶瓷窑炉,钟罩窑,隔焰窑,2020/7/30,27,陶瓷窑炉,推板窑,2020/7/30,28,陶瓷窑炉,推板窑,2020/7/30,29,陶瓷窑炉,梭式窑,2020/7/30,30,操作类型： 间歇式 坩埚窑 连续式 池窑

8、,火焰流动方向： 横焰窑 纵焰窑 马蹄焰窑（水平 、 垂直）,余热回收设备： 蓄热式（立式、卧式）；换热式（金属、陶瓷）,窑顶结构： 单碹、双碹,玻璃液分割形式：浅层分割（冷却水管） 深层分割（流液洞）,（B）玻璃窑炉 kg/m2.d 熔化率 kg/m2.周期 周期熔化率,制品种类： 平板玻璃、器皿玻璃、玻璃纤维,2020/7/30,31,玻璃窑炉,2020/7/30,32,玻璃窑炉,2020/7/30,33,玻璃窑炉,马蹄 焰窑,双碹 池窑,2020/7/30,34,玻璃窑炉,浮法玻璃窑,1100,600,2020/7/30,35,玻璃窑炉,坩埚窑,2020/7/30,36,逆流式窑,玻璃窑

9、炉,2020/7/30,37,玻璃窑炉,电熔窑,2020/7/30,38,玻璃窑炉,北雄,都江堰,2020/7/30,39,玻璃窑炉,金 华,九 州,2020/7/30,40,玻璃窑炉,晋 城,华 鹏,2020/7/30,41,立 窑: 普通立窑 (自动卸料） 机械化立窑 (自动卸料、自动加料） 回转窑： 湿法窑 湿法长窑 加热交换装置的湿法长窑 （窑内、窑外） 干法窑 干法中空窑 立波尔窑 e： 40-45 料球加热机+干法回转窑 悬浮预热器窑 e：45-50 旋风预热器+干法短窑 （SP型） 立筒预热器+干法短窑 预分解窑 e：85-95 （NSP型） 悬浮预热器+预分解炉+干法短窑,（C

10、）水泥窑炉 T/d 熟料,煅烧系统 （+冷却机）,2020/7/30,42,湿法回转长窑,水泥窑炉,排烟机,配合料,自然吸风,二次风,2020/7/30,43,回 转 窑,1.回转窑窑体；2.窑头小车；3.热烟室；4.冷却筒；5.窑头鼓风机；6.集尘室；7.烟囱；8.进料,水泥窑炉,2020/7/30,44,立波尔窑,水泥窑炉,烟气,1400,2020/7/30,45,悬浮预热器窑,水泥窑炉,加料管,熟料库,电收尘器,烟囱,2020/7/30,46,预分解窑,水泥窑炉,燃烧设备,窑外分解炉系统,2020/7/30,47,机械化立窑,水泥窑炉,机械化水泥立窑系统：1.烟囱；2.撒料溜子；3.窑体

11、；4.耐火砖； 5.腰风管；6.底风管；7.传送装置；8.电动机；9.密封卸料.,2020/7/30,48,让我们追寻那已逝去久远的年代， 想象着步入古人类的生活圈子， 去探求 窑炉的起源和发展吧,窑炉发展简史,2020/7/30,49,陶器-彩陶（红、灰）-黑陶、釉陶-原始瓷 -瓷器,-800 850-1000 1000 -1300 1300 ,1-1.5 万年前 陶器 无窑堆烧 窑址不固定的薄壳窑,0.7-0.8万年前 新石器时期 彩陶 穴窑 ( 竖穴、横穴）,新石器时期晚期 灰、黑陶 釉陶 改进的穴窑,（A）陶瓷及窑炉,2020/7/30,50,现 代 传统陶瓷 传统窑炉,0.2-0.3

12、 万年前 西周、战国时期 原始瓷 穴窑 馒头窑、龙窑,-0.2 万年前 秦、汉、魏、晋 龙窑,-1000 年前 宋朝 瓷 馒头窑（还原气氛） 蛋形窑,- 600 年前 明朝 阶级窑-德化窑 串窑,- 400 年前 明末清初 高级瓷 蛋形窑-景德镇窑,先进陶瓷 先进窑炉,（快烧、高温、功能、控制）,（A）陶瓷及窑炉,2020/7/30,51,完全封顶或不完全封顶，控制气氛 火口 火膛 火道 窑算 窑室,横穴窑,竖穴窑,2020/7/30,52,2020/7/30,53,蛋 形 窑,灰 坑,2020/7/30,54,拾遗： 我国唐朝开始烧煤，欧洲十八世纪才开始。 欧洲最早仿景德镇的平焰窑，后改为升

13、焰窑，最后才采用倒焰式。 关于隧道窑： 1751年 法国人 威塞尼斯 发明 1880年 瑞典人 波克 发明“砂封” 20世纪初 英国人 厥斯勒 大大改进 1938年 中国 大连电瓷厂 第一座诞生,2020/7/30,55,平焰,升焰,倒焰,2020/7/30,56,(B) 玻璃及窑炉,2020/7/30,57,(C)水泥及窑炉,发展简史,约在1 万年前的新石器时期，挖穴建室已兴起，当时的“穴窑”就是用粘土，或掺入稻草、壳皮建成的。以后又在红土中挑出姜石（一种石灰质原料）涂铺，表面变得光滑坚硬。应用“火”后，人们煅烧石膏或石灰调制砂浆建成了埃及金字塔、我国万里长城等著名古建筑。至汉朝，烧制技术已

14、有相当高的水平。生产发展后，用石灰浆加入火山灰调制，增加强度，也是当时不少古建筑采用的“三合土”的主要成分 ，也可加入些废陶、碎砖。 18世纪后期生产有了量的概念，逐渐由天然制作转向人工合成。含粘土 20 25 的石灰煅烧后磨细形成的水硬性石灰就是有名的罗马水泥。,2020/7/30,58,水泥,发展简史,19世纪发展到人工配料，组织工业化生产; 1877年第一台回转窑（干法）问世，英国人 的专利。后来有了立窑、湿法回转窑。 (2) 20世纪20年代出现了立波尔窑; (3) 20世纪50年代出现了悬浮预热器窑; (4) 20世纪70年代出现了预分解窑。 随着水泥窑炉的更新，水泥生产技术和水平

15、也得到了飞快的提高和发展。,2020/7/30,59,筑炉材料与窑炉砌筑,窑炉砌筑材料也叫做“筑炉材料”，显然筑炉材料应当包括“耐火材料” ( Refractory ）和“保温材料”（也叫作“隔热材料”, Insulate Material ） 筑炉材料还应包括普通建筑材料，像建筑红砖、金属钢材等等，即从里向外，耐火材料耐高温、保温材料隔热、建筑红砖耐压、金属钢材抗拉与抗折。这就是构成高温空间窑墙的传统基本构造 从热工设备的角度来看，我们的着重点应当放在如何正确、合理地为热工设备（窑炉）选择耐火材料、保温材料等筑炉材料，从而保证窑炉既经久耐用，且造价和成本又合理、低廉。,2020/7/30,6

16、0,筑炉材料与窑炉砌筑,窑炉是一个特殊的建筑结构，它的砌筑除了要符合一般的建筑规范之外，还要符合一些特殊的规章制度。例如： 砌筑窑炉时就要留出足够的“膨胀缝” ( Expansion Joint ）以适应窑炉升温时的膨胀作用 窑的“拱”顶（玻璃窑叫做“暄”）在砌筑时还应设立“底脚砖” ( Skewback ，玻璃窑叫做“暄碴(ch)”，现在多用“钢暄碴” ) ，其作用是将窑炉升温时拱顶的膨胀推力传给“金属钢架”或“金属壳体”，由金属钢架或金属壳体来承受这个推力，并夹紧以防拱顶的膨胀塌落 窑炉砌筑采用湿法砌筑时，所选用的“耐火泥”与所用“耐火砖”还应具有相同或尽可能相近的耐火度。 新砌筑的窑炉，必须 “烘窑”或“烤窑” ( Drying of Kiln )