窑炉设计案例

1、目录封面 错 误 !未定义书签。前 言 31 设计任务书及原始资料 42 窑体主要尺寸的确定 52.1 内宽的确定 52.2 窑内高度的确定 52.3 窑体长度的确定 63 烧成制度的确定 64 工作系统的确定 74.1 排烟系统 74.2 燃烧系统 84.3 冷却系统 84.4 传动系统 95燃烧计算 105.1 燃料组成： 105.2 燃烧所需空气量 105.3 生成烟气量计算 105.4 实际 燃烧温度计算 106窑体材料确定 117热平衡计算 127.1 预热带和烧成带的热平衡计算 127.1.1 热 收入项目127.1.2 热 支出项目137.1.3 列热平衡方程并求解 147.1.

2、4 列 热平衡表157.2 冷却带热平衡计算 157.2.1 计算基准 157.2.2 热 收入 157.2.3 热支出 157.2.4 列热平衡方程 177.2.5 列热平衡表 178 烧嘴选型 17小结 18参考资料 19、八、刖言抛光砖坚硬耐磨，适合在除洗手间、厨房以外的多数室内空间中使用。我国市场上的瓷砖品抛光砖是 通体砖坯体的表面经过打磨而成的一种光亮 的砖，属通体砖的一种.抛光砖种一直是以大片的、大片的大规格华丽而 高档抛光砖为主，这符合我国消费者的追求和审美眼光。它不仅有豪华大 气、富丽堂皇，大空间的视觉效果， 在某种程度上也是身份与形象的代表。抛光砖的生产主要是用辊道窑，辊道窑

3、是连续烧成的窑，以转动的辊子作为坯体运载工具的 隧道窑。陶瓷产品放置在许多条间隔很密的水平耐火辊上，靠辊子的转动使陶瓷从窑头传送到窑尾。辊道窑一般截面较小，窑内温度均匀， 适合快速烧成，但辊子材质和安装技术要求较高。主要用于建筑卫生陶瓷 制品的快速 烧成。辊道窑截面呈扁平型，制品一般为单层焙烧，顾基本上不存在 上下温差，辊上下还能同时加热，并且制品裸烧，传热速度快，窑内断面温度也均 匀,从而大大缩短烧结时间，保证了快速烧结的实现.辊道窑机械化，自动化程度高，不仅降低了工人的劳动强度，还保证了产品 质量的稳定。而且辊道窑能与前后工序连成完整的连续生产线， 大大提高了生产 效率。另外，辊道窑占地面

4、积小，结构简单，建造快（一般不超过 3个月），因而 见效快，经济效益高。基于以上几点，辊道窑在我国得到广泛应用。我说设计的生产抛光砖的辊道窑，长131m,宽2m高1.2m （辊上0.5m,辊下0.7m）,年生产任务350万片，属大型辊道窑。最高温度为1350 C, 使用的燃料为焦炉煤气。:设计任务书及原始资料专业无机非金属班级0701学生姓名陈锋指导教师孟献丰老师题目年产360万片抛光砖辊道窑设计院（系）材料学院2010年7月1日主要研究内容和设计技术参数：1. 年产量：360万片，每年以350天计算2. 坯料组成：SAI2QFqQ&O+N2OCaOMgO灼减71.9218.270.620.0

5、380.250.64.6温度厂c40-500500-750750-11001100-13501350保温1350-800800-4004C时间/min6.44.16.02.410.53.39.33.产品规格：600600X10mm,单重7. 4公斤；坯体线收缩率：10%4入窑水分：V 1%5. 产品合格率：99%6. 烧成周期：50分钟7. 温度制度：如下表。（最高烧成温度：1350C）0-888. 烧成气氛：全氧化气氛9. 燃料焦炉煤气：CoH2CH4C2H4H2SCO2N2O比热Qnet(MJ/Nm3)8.053.222.74.00.34.07.00.81.41kj/Nm3/C15.210

6、.其他条件自定基本要求（含成果要求）：1独立思考完成；2 设计计算准确，窑体结构及工作系统安排合理；3说明书完整详细，并按格式排版打印；4图纸整洁清晰，制图规范，尺寸齐全，计算机打印出图;5设计图纸范围：窑体结构图，窑体断面图。工作进度计划：2010.6.282010.7.9 共两周。在计算中心进行集中上机（地点：科技馆计算中心），每人20学时。 注意：2010.7.9下午答辩，请将说明书电子稿和 CAD绘图文件一起交上，文 件名保存为：如陈锋同学的文件名为无机071陈锋窑炉设计说明书”，过期不候。二.窑体主要尺寸的确定2.1内宽的确定2.1.1窑内宽初步确定内宽坯体尺寸二产品尺寸/（ 1-烧

7、成收缩）=600/ （1-10%） =666.67mm为计算窑内宽方便取为667mm我设计的是两片并排烧，两侧坯体与窑墙之间的距离取 185mm 两片砖间距 300mm.所以 B=2X 667+2X 185+300=2000mm 取B=2000mm2.1.2确定内宽窑内宽 B=667X2+2X 185+300=2000mm取 B=2000mm2.2窑体长度的确定2.2.1窑体长度的初步确定生产任务G360000024350428.6同一列砖砖距取50 mm，则装窑密度200050 6672.79 （件/每m窑长）所以窑长l生产任务X烧结时间妙6書=129m成品率X装窑密度0.99 X 2.79

8、2.2.2窑体有效长度的计算因为是辊道窑，设设三个砖为一节，则每节长度为（667+50） X3=2150mm,节数=12900060 （节）2150取节数为60节。因而窑长度为：60 2150129000 mm再加上进口和出口各两米所以总长为 129+4=133m2.3 窑内高度的确定辊道窑的内高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。内高是制品在窑内传热和烧成的空间，内高必须合理，既能有利于产品换热满足烟气有足够的流动空间， 又必须满足一定的烧成空间和冷却空间，所以，内高的确定有一定的原则，经过一段时间的查阅资料，我设计的窑炉内高如下表：位置预热带烧成带冷却带辊上咼500mm500mm500mm辊

9、卜咼700mm700mm700mm总内高1200mm1200mm1200mm三烧成制度的确定窑炉的烧成制度取决于坯釉料的组成和性质、坯体的造型、大小和厚度以及 窑炉结构、装窑的方法、燃料种类等等因素。而烧成制度主要包括温度曲线、压 力曲线和气氛控制。烧成制度的制定原则有以下四点：（1）在各阶段应有一定的升降温速度，不得超过；（2）在适宜的温度下应有一定的保温时间， 以使制品内外温度趋于一致, 皆达到烧成温度，保证整个制品内外烧结；（3）在氧化还原阶段应保持一定的气氛制度；(4)全窑应有一个合理的压力制度，以确保温度制度和气氛制度的实现。 该窑的烧成制度如下：(1) 烧成周期：50min(2)

10、气氛制度：全窑氧化气氛(3) 各温度带的划分名称温度(/C)时间(/min )升温速率-1(/min )节数(/节)窑前带40 5006.471.87518预热带5007504.160.98913预热带75011006.07514 20烧成带(保温)110 0 13502.4104.1721 23烧成带135010.5024 35急冷带13508003.6-152.7836 39缓冷带8004009.3-43.0140 50缓冷带400808.0-4050 60总计5060烧成曲线：见 CAD图纸窑体各带长度的确定根据烧成曲线中温度的划分，各段长度:预热带：432.1520(节)取20节烧成带

11、：332.1515.35(节)取15节冷却带：532.1524.65(节)取25节四：工作系统的确定辊道窑的工作系统包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统等，下面是各系统的初步 安排。4.1排烟系统在预热带第317节设置15对排烟口，每段或在窑顶或在窑底设置一对排烟口，窑顶窑底交错分布。烟气经过各排烟口到窑墙内的水平通道，由第10 节的垂直通道进入抽烟机，然后由烟囱排至大气。4.2 燃烧系统因所设计的为明焰辊道窑， 且使用天然气作燃料， 所以采用全部喷入窑 道内燃烧的方式， 通过烧嘴在燃道中空部分燃烧。 在 2034节的辊子上下各 设 24 对喷嘴，不等距分布，两侧交错分布。在燃烧带的辊上设置观察孔

12、， 以便更好的观察火焰的燃烧情况，便于操作控制。4.3 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， 余热风可供干燥， 达到 节能的目的。4.3.1 急冷带第3639节为7m急冷带，由侧墙上的小孔直接吸入车间冷空气，冷 却气体的流动方向与抛光砖的前进方向相同。 虽然逆流效率更高， 但是逆流 温差太大，容易使产品变形，所以要采用顺流。辊上，辊下各设 3个内径 76mm急冷风管。4.3.2 缓冷带第4060为缓冷带，制品冷却到800400C范围时，是产

13、生冷裂的危 险区，应严格控制该冷却降温速率。 为达到缓冷目的， 一般采用热风冷却制 品的办法。大多数辊道窑在该处设有 36处抽风口，使从急冷段与窑尾段 过来的热风流经制品， 让制品慢速均匀得冷却。 在第 4048节各设一对抽风 口从4957抽热风冷却。第 4958各设一对进风口，自然风冷却。4.4传动系统 4.4.1辊子材质的选择辊道窑对辊子材料要求十分严格，它要求制辊子材料热胀系数小而均匀，高 温抗氧化性能好，荷重软化温度高，蠕变性小，热稳定性和高温耐久性好，硬度 大，抗污能力强。常用辊子有金属辊和陶瓷辊两种。为节约费用，不同的温度区段一般选用 不同材质的辊子。本设计在选用如下：低温段（40

14、500 r和40080 r）无缝钢管辊棒中温段（5001100E和800400E）氧化铝瓷质陶瓷棒高温段（1100 1350E 和 1350 r）碳化硅辊棒4.4.2辊子直径与长度的确定辊子的直径大，则强度大；但直径过大，会影响窑内辐射换热和对流换热。因设计的窑道比较长，宽度比较大，本设计辊子的直径要大些，故选用直径为50mm勺辊棒，而长度则取2800mm4.4.3辊距的确定为了保证无论何时制品在转动过程中都有3根辊棒，所以应取问产品的1/4以下，即辊距不大于600/4=150mm考虑到该窑还用于烧制其他规格小的制 品，因此，最终确定辊距为：50mm每节窑为2150/50=43根。4.4.4传

15、动系统的选择考虑到产品的质量问题，辊道窑的传动系统由电机、链传动和齿轮传动构所组成该设计选用多电机分段传动分段带动的传动方案。将窑分成30段，每段由台电机托动，采用变频调速。所有电机可以同时运行，每台亦可单独运行。五燃料及燃料计算5.1燃料的组成燃料组成如下表:焦炉煤气：CoH2CH 4C2H4H2SCO2N2Q比热Qn et(MJ /Nm3)8.053.222.74.00.34.07.00.81.41kj/Nm3/C17.85.2燃烧所需空气量该窑用的是焦炉煤气，其低热值为：3Qd=17800Kj/Bm当煤气的低热值大于14650 Kj/Bm3时，用经验公式 理论空气量：o 0.26Qd3V

16、a =-0.25=4.37 m1000取空气过剩系数为1.29a0xa =4.37 X1.29=5.64 m5.3生成烟气量计算烟气量用经验公式，理论烟气量：0 0.272Qd3+0.25=5.09 m1000V= V0+(a-1) X Va0=6.17 m35.4实际燃烧温度计算?+? ?+?t=-? ?空气及燃料温度均按在室温20 c时计算，热分解不考虑时，空气比热为Ca=1.47KJ/M3 C假设温度等于1700 C，此时Cf=1.63 KJ/M 3. C，代入公式得t=1786 C.1700-1786. lc/相对误差，I石86I 5% 所设合理。取高温系数为 o.8，贝u实际燃烧温度

17、为0.8X1786=1428,比烧成温度1350C高78C，认为合理。六：窑体材料确定1、窑体材料确定原则窑体材料要用耐火材料和隔热材料。耐火材料必须具有一定的强度和耐火 性能以便保证烧到高温窑体不会出现故障。隔热材料的积散热要小，材质要轻， 隔热性能要好，节约燃料。而且还要考虑到廉价的材料问题，在达到要求之内 尽量选用价廉的材料以减少投资。2、窑体材料厚度的确定原则为了砌筑方便的外形整齐，窑墙厚度变化不要太多。材料的厚度应为砖长或砖宽的整数倍；墙高则为砖厚的整数倍，尽量少砍砖。厚度应保证强度和耐火度。综合以上原则，我设计的全窑材料及厚度如下表所示：节数窑体位置材料名称使用温度导热率W/ （m

18、C）厚度mm密度Kg/卅1窑粘土砖1400C0.835+0.58 X 10-3t230;墙咼纯型耐火纤维针刺毡1100C0.09 (400C)10020耐热钢板20和窑粘土砖1400C30.835+0.58 X 10-t23040顶咼纯型耐火纤维针刺毡1100C0.09 (400C)100耐热钢板2060窑咼铝砖1500C31.52+0.18 X 10- t113底轻质粘土砖1300C0.26+0.26 X 10-3t1131000窑硅砖1850C0.92+0.7 X 10-3t23021墙含锆型硅酸铝纤维板1050C0.18 (1000C)12039耐热钢板20窑顶硅砖1850C-30.92

19、+0.7 X 10 t230含锆型硅酸铝纤维板1350C0.18 (1000C)120耐热钢板20窑底咼铝砖1500C1.52+0.18 X 10-3t113轻质粘土砖1400C0.41+0.35 X 10-3t1131300入口 及 出 口窑墙红砖600 C0.80+0.31 X 10-3t240窑顶红砖600 C30.80+0.31 X 10-1240窑底红砖600 C-30.80+0.31 X 10 t240七热平衡计算7.1预热带和烧成带的热平衡计算7.1.1热收入项目(1) 制品代入显热Qi=GiCitikj/h其中：G1 湿制品质量(Kg/h)C制品的比热t1 制品的温度据物料平衡

20、计算中可知 Gsp= 3391.9 (Kg/h);又因为预热带从第1节开始,此时第1节的温度11 = 20C；制品的比热 Ci = 0.84+26 X 10-5 X 40=0.95代入数据的 Q =128892.7(KJ/h)(2) 燃料带入化学热及显热QfQ = X (Q+Ct f)其中 X 每小时消耗的燃料量 m3/hQd燃料的低位热值KJ/hCf 20C时的比热 KJ/ m3Ctf 天然气的温度C查表可知 Cf = 1.38KJ/( m C )已知 Q = 17800KJ/M3，tf = 20C 代入数据得 Qf=17898.7X (KJ/h)(3) 助燃空气带入显热 Qa (KJ/h)

21、故 Q = Va Cat a= 5.64X X 20X 1.30 = 146.64X(KJ/h)(4) 预热带漏入空气带入显热Qa(KJ/h)取预热带空气过剩系数a = 2.5，漏入空气温度ta= 20C, Ca= 1.30KJ/( m 3 C ) 漏入空气总量为 Va= Mf (a- a) V其中 Va = 4.37Va= X (2.5-1.29 ) X4.37=5.29XQa= VaCata= 5.29X X.30 X20= 137.5X (KJ/h)7.1.2 热支出项目(1) 产品带出显热 Qg( KJ/h )烧成产品质量 G3= Ggp(100-5) %=559.5X ( 100-5

22、) %=531.53(KJ/h )制品出烧成带产品温度T2 = 1380C查表可知：产品平均比热为：C2= 0.84+26 X0-5 X380= 1.20 KJ/Kg C贝U Q = GC2T2= 531.53 X.20 X380= 880214 (KJ/h )(2) 烟气带走显热 Qg( KJ/h )每小时离窑烟气量 ：Vg = Vg0+ (a g- a) Vs0 X x= 5.09+(2.5-1.29) X 4.37X=10.04X (m3/h )烟气离窑温度一般tg = 250 C,查表得此时烟气的平均比热为：Cf = 1.44KJ/m3C贝 U Q = Vg Cf t g= 10.04

23、X X 1.44 X 250= 3614.4X (KJ/h )(3) 物化反应耗热 Q4( KJ/h )不考虑制品所含之结构水，自由水质量：Gw=33.9Kg/h烟气离窑温度：Tg = 250 E,(3)-1 自由水蒸发吸热Qw= G (2490+1.93Tg)= 33.9 X (2490+1.93 X 250)= 100767.75(KJ/h )(3) -2其余物化反应热Q用ALQ反应热,近似代替物化反应热,入窑干制品质量Gg=3358.0 (Kg/h) ALO含量为18.27%,所以Qr=Ggx2100XALQ%=3358.0X2100X8.27%=1288363.86 (KJ/h)所以，

24、总的物化反应耗热Q= Q+ Qr = 100767.75+1288363.86 = 1389131.61(KJ/h )(4)通过窑墙窑顶散失的热量根据各处材料的不同，并考虑温度范围不能太大，将预热带和烧成带窑墙分成3段计算，具体结果如下表：温度范围/C长度/m窑墙顶散热/ KJ/h窑底散热/KJ/h总散热/KJ/h第一段4075028134884.9199652.5334537.4第二段750110015163752.2314161.6477913.8第三段1100135033973511.81386522.92360034.7Q总=3172485.6(KJ/h )(4)其他热损失Qs取经验数

25、据，占热收入的5%7.1.3列热平衡方程式热收入=热支出Q1 Qf Qa Qa Q2 Q3 Q4 Qg Q5代入数据得(128892.7+18182.84X) X0.95=9708039.21+3614.4X 所以 X=702 mi即每小时需焦炉煤气702 m37.1.4列热平衡表预热带烧成带热平衡表热收入热支出项目KJ/h%项目KJ/h%坯体带入显 热128892.71.0产品带出显 热514642240.0燃料化学热 及显热12564887.497.6窑体散失热3172485.624.6助燃空气显 热821340.6物化反应热1389131.610.8漏入空气显 热965250.8烟气带走

26、显 热2537308.819.6其他热损失643622.05.0总计12872439.1100.0总计12888970100.07.2冷却带热平衡计算7.2.1 计算基准计算准则：基准温度0C基准质量1小时进入系统的物料7.2.2 热收入（1）制品代入显热Q2制品带入显热在上面已经算出：Q2=5146422 KJ / h（2）急冷风窑尾风代入显热设定窑尾风风量为 V m3/h。一般急冷风风量是窑尾风的（-）。24本设计取急冷风风量是窑尾风量的丄。急冷风与窑尾的总风量是1.52V。查表得：20 C时空气的比热为1.29 KJ/m3.oC 。所以 Q6 V6cvta 1.5Vx 1.29 20 3

27、8.7VxKJ / h7.2.3 热支出(1)制品带出显热q7假设此时的温度为t7150oC此时陶瓷的比热为 c 0.84 26 10 5 1500.9 KJ /Kg .C所以 Q7 GmCyt?3203.5 0.9 150432472.5 KJ /h(2)窑体散失的热量根据各处材料的不同，并考虑温度范围不能太大，将冷却带窑墙分成2段计算，具体结果如下表：温度范围/C长度/m窑墙顶散热/ KJ/h窑底散热/KJ/h总散热/KJ/h急冷带13508008.5208385.64282192.12490577.76缓冷带8008045248101.2489089.664737190.864Q 总=1

28、227768.6KJ /h所以Q11 V11.c11.t111.35Vx 1.31 250 442.125Vx（5）其他热损失Q12其他热损失占总收入的5 %所以 Q12 Q Q65% 5146422 38.7Vx 5%7.2.4列热平衡方程Q3Q6Q7QQ 9 Q10Q11Q12514642238.7Vx 4324752.5 32278 1227768.6 39.24Vx 442.125Vx (514642238.7Vx) 5%解得Vx9257m3/h7.2.5列热平衡表热收入热支出序号项目热量（KJ/h）比例%序号项目热量（KJ/h）比例%1制品带入热514642293.51制品带出热432472.53.92空气带入热358245.96.52窑体散热1227768.620.43漏出空气带走热363244.686.04抽出带走热4092751.164.75其他热损失275233.45总计5504667.9100.0总计942314100八烧嘴选用每小时燃料消耗量为x=702 Bm3 / h考虑到烧嘴的燃烧能力和烧嘴燃烧的稳定性取安全系数1.5本设计一共设置了 48对（96个）烧嘴。每个烧嘴的燃料消耗量为：702 1.5 10.97（ B