定稿设计说明书

1、景德镇陶瓷学院景德镇陶瓷学院本 科 生 毕 业 设 计 题目：年产年产 220 万万 m2玻化砖水煤气玻化砖水煤气辊道窑设计辊道窑设计学 号： 200510610231 姓 名： 李进邦 院 （系）： 热能工程系 专 业： 热能与动力工程 指导教师： 童剑辉 完成日期： 2009-5-20 景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书目录目录摘要.iabstract.ii第一篇 设计任务书及原始资料.11.1 景德镇陶瓷学院毕业设计（论文）任务书.11.2 原始数据的收集.31.3 烧成制度的确定.31.3.1 确定烧成制度的根据.31.3.2 制定烧成制度.41.3.3 气氛制度

2、：保持全窑氧化气氛。.61.3.4 压力制度：预热带40-25pa,烧成带8 pa。.6第二篇 辊道窑主要尺寸的确定.72.1 内宽的确定.72.2 窑长的确定.72.2.1 窑容量及平面利用率.72.2.2 窑体有效长度的计算.72.3 窑炉各段长度的确定.82.4 窑内高度的确定 .8第三篇 工作系统的确定.93.1 排烟系统.93.2 预热带喷风系统 .93.3 燃烧系统.93.3.1 烧嘴与观火孔的设置.93.3.2 水煤气输送装置.93.4 冷却系统.103.4.1 急冷通风系统.103.4.2 缓冷通风系统.103.4.3 快冷通风系统.103.4 窑体附属结构.113.4.1 事

3、故处理孔.113.4.2 膨胀缝.113.4.3 测温孔.113.4.4 挡火板、挡火墙的设置.123.4.5 测压孔.123.5 钢架结构.12第四章 窑体材料及厚度的确定.134.1 窑体材料的确定原则.134.2 窑体材料厚度的确定原则.134.3 各段窑体材料及厚度选用校核.13景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书4.3.1 计算依据.134.3.2 窑体材料的选用与厚度校核.14第五篇 燃料及燃烧计算.205.1 空气量的计算.205.1.1 理论空气需要量.205.1.2 实际空气需要量.205.2 烟气量计算.205.3 燃烧温度的确定.21第六章 物料平衡计

4、算.226.1 每小时烧成制品质量 .226.2 每小时烧成干坯的质量 .226.3 每小时欲烧成湿坯的质量（w为含水率）.226.4 每小时蒸发自由水的质量 .226.5 每小时从精坯中产生的 co2质量.226.6 每小时从精坯中分解出来的结构水质量： .22第七章 热平衡计算.237.1 预热带与烧成带的热平衡计算 .237.1.1 热平衡计算基准、范围.237.1.2 热平衡示意图.237.1.3 热收入项目.237.1.4 热支出项目.247.1.5 热平衡方程.287.2 冷却带热平衡计算.297.2.1 热平衡计算基准、范围.297.2.2 热平衡示意图.297.2.4 热支出项

5、目.307.2.5 列出热平衡方程.33第八章 传动计算.348.1 传动系统的选择.348.2 辊子材质的选择.348.3 辊径的确定.358.4 辊距的确定.358.5 辊子转速的选择.358.6 传动过程.35第九章 管道尺寸、阻力计算及风机选型.369.1 计算抽烟风机的管道尺寸、阻力计算对风机的选型.369.1.1 管道尺寸 .369.1.2 阻力计算.369.1.3 风机的选型.379.2 其他系统管道尺寸的确定、风机的选型.38景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书9.2.1 燃料管径的计算.389.2.2 助燃风管管径.389.2.4 冷却带风管管径.399.

6、2.5 风机的选型.41第十章 工程材料概算.4310.1 窑体材料分段概算.4310.1.1：第 1-7 节.4310.1.2：第 8-15 节.4310.1.3 第 16-27 节.4310.1.4 第 28-49 节.4310.1.5 第 50-63 节.4410.1.6 第 64-70 节：.4410.2 钢材的概算 .4410.2.1 方钢的概算.4410.2.2 角钢.4510.3 钢板.45后记.46参考资料.47附：文献调研报告.48中文翻译：.51景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书i摘要摘要关键词：辊道窑、节能本设计说明书对所设计的年产 220 万平方米

7、玻化砖辊道窑加以说明。窑顶采用耐热钢穿轻型吊顶砖的吊顶结构，为了降低全窑的热损失减小单位产品热耗，全窑均采用轻质耐火材料。燃料用水煤气，采用高速调温烧嘴对制品进行裸烧来强化窑炉内部传热，同时对高速烧嘴可进一步调节使窑内温度均匀提高成品率，从而达到节能的目的。为有效利用烟气热，在窑炉前段采用集中排烟的方式，另外在缓冷段采用抽热空气的方式来冷却制品，对热烟气也可加以利用。 对全窑的控制采用计算机自动控制来实现，既提高了产品的成品率又降低的工作人员的工作强度，降低了生产成本。本设计特点：在提高产品质量的同时降低单位产品热耗，实现陶瓷行业上的“绿色、环保、节能” 。景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动

8、力工程毕业设计说明书iiabstractkey word: the roller kiln, energy conservationthis design is yearly produces 2,200,000 square meter wood grain brick roller kiln, the kiln length 155 meters, the kiln width 3.66meters.the crown uses the high-temperature steel to put on the light suspended ceiling brick the suspen

9、ded ceiling structure, in order to reduce the entire kiln the heat lose to reduce the unit product to consume hotly, the entire kiln uses the light quality fire-proof material. because the fuel uses the blue gas is the clean fuel uses the high velocity modulation warm burner nozzle to carry on the b

10、are fever to the product to strengthen the kiln stove interior heat transfer, simultaneously may further adjust to the high speed burner nozzle makes in the kiln the temperature to enhance the rate of finished products evenly, thus achieves the energy conservation the goal.is hot for the effective u

11、se haze, the section selects the method in front of the kiln stove which the disperser discharges fume, moreover uses in the slow cold section pulls out the hot air the way to cool the product, also may perform to the hot haze to use. uses the computer automatic control to the entire kiln control to

12、 realize, both enhanced staffs working strength which the product rate of finished products and reduces, reduced the production cost.this design characteristic: while improves the product quality to reduce the unit product to consume hotly, realizes in the ceramic profession “the green, the environm

13、ental protection, the energy conservation”景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书1第一篇第一篇 设计任务书及原始资料设计任务书及原始资料1.1 景德镇陶瓷学院毕业设计（论文）任务书景德镇陶瓷学院毕业设计（论文）任务书院（系）院（系） 热能工程系热能工程系 2008 年年 11 月月 10 日日专业热能与动力工程班级05 热工学生姓名李进邦指导教师童剑辉题目年产 220 万 m2玻化砖水煤气辊道窑设计主要研究内容和设计技术参数：1、产品名称及规格：玻化砖（80080012mm）2、烧成周期、温度及气氛查有关文献自定3、年工作日：300

14、天4、产品合格率：90%5、坯体入窑水分：1%6、燃料：水煤气7、坯料化学组成及其他设计参数、指标自定基本要求（含成果要求）：1、按设计要求收集有关设计资料，完成设计计算2、独立完成图纸设计，大胆创新3、绘制窑炉主体结构图、主要断面图、钢架结构图（包括断面图） 、管路系统结构图、传动系统图及烧嘴砖、孔砖等部件结构详图4、设计图纸至少有一张用 cad（a3）绘制5、设计说明书规范、完整6、翻译至少 1 篇有关本专业的英（中）文文献。 （字数不少于 2 千）景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书2工作进度计划：第 14 周：毕业实习，收集有关设计资料第 5 周：查阅、收集有关文献

15、资料，初步确定设计方案第 67 周：完成设计计算第 8 周：修改并最后确定设计方案，构思设计草图第 916 周：绘图并将图纸上墨第 17 周：撰写、打印设计说明书第 18 周：整理材料，准备答辩景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书31.2 原始数据的收集原始数据的收集1、坯料组成（%）： 坯料组成表 1-1化学成分sio2al2o3caomgofe2o3k2ona2o酌减百分含量（%）68.6824.10.980.100.503.561.7952、入窑水分：1%2、产品合格率：95%3、烧成温度：12504、烧成周期：60 分钟5、年工作日：300 天/年6、产品规格：80

16、080012mm，单片重：18.61kg/件7、气氛制度：全窑氧化气氛8、燃料：水煤气（1050011300 kj/ nm）9、其它参数：室温 20，夏天最高温度 40； 空气比热：1.30 kj/（m3 ）产品比热： 一般为 0.84-1.26 kj/（m3 ）1.3 烧成制度的确定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。根据不同产品的要求，确定温度曲线、气氛性质，压力曲线是实现温度和气氛性质的主要控制条件，三者相互关联，相辅相承。只要窑内温度均匀，各阶段都可以加快

17、。但氧化、还原和烧结却要按照反应所需要时间来控制。在制定合理的烧成制度时，还要考虑窑的结构究竟升温和降温速度多少才能使窑内温度均匀，以保证整个横截面上的制品烧热，要综合上述原则进行制定。1.3.11.3.1 确定烧成制度的根据确定烧成制度的根据坯体在加热过程中性状变化的考察主要参考三元系统平衡相图，如长石质瓷坯料的组成以长石-石英-粘土三组分为景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书4主，可参考 k2o-al2o3-sio2三元系统平衡相图。而滑石质瓷坯料组成以滑石-粘土-长石三组分为主，则参考 mgo-al2o3- sio2三元系统平衡相图。坯体的形状、厚度与含水量对烧成制度

18、的影响薄壁小件制品的入窑水分易于控制，一般采取短周期快速烧成。厚壁大件制品的升温速度不宜过快。但对于辊道窑来说，由于截面宽而小，温差很小，所以可以快速升温来缩短烧成周期。升温速度升温速率除了取决于坯料性能外，还受窑炉温度均匀程度、燃料性质以及装窑密度等因素的影响。烧成法坯体烧成法直接影响到烧成制度的制定。玻化砖一般都采用一次烧成以不进行干燥就进入窑炉烧成。1.3.2 制定烧成制度制定烧成制度温度曲线的四大特性指标是烧成各阶段的升温速度、最高烧成温度、保温时间以及冷却速度。加热蒸发期（室温200）在预热带室温200阶段排除残余水分。在此阶段如果制品入窑水分过高，则不宜升温过快，以免引起制品不均匀

19、收缩，产生变形和开裂。若制品入窑水分控制在临界水分（约 1%）以下，则可快速升温而不使制品开裂。但也不宜太快，以免引起烧成缺陷。氧化分解及晶型转化期（200950或 1050）在该期内坯体无收缩现象发生，气孔率不断增加，强度略有增加，因此汽水与氧化产物可以自由地散逸。升温速度主要取决于原料的纯度和坯体的厚度，并受气流速度和气氛的影响。一般，本阶段可以采取快速升温。排除结构水阶段（200500）结构水指粘土矿物中的结晶水和层间水。其中高岭土 al2o32sio22h2o 中结晶水的分解属于一级化学反应，温度每升高 100，其分解速度就可以加快一倍，分解速度很快，制品不至开裂，所以这一阶段属于安全

20、升温阶段。石英晶型转化阶段（500600）景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书5石英晶型转化，由 sio2体积膨胀 0.82%，如果控制不当，这是一个危险阶段。但这个反应本来是很快的，只要几分钟就可以完成。目前生产中出现石英晶型转化而使制品开裂的现象，原因是窑内温度不均匀而引起。掌握这一阶段的关键是窑内温度均匀，使整个制品能均匀膨胀，即使快也是安全的。氧化阶段（6001050）从窑炉结构来说，自 900左右的氧化炉起就已进入烧成带。在这一阶段要把制品中的硫化亚铁氧化成氧化铁，并放出二氧化硫；碳酸盐分解放出二氧化碳；有机物中的碳氧化，生成二氧化碳。这些反应都要在釉面玻化以前完

21、成，以便生成的气体排除干净，否则会产生缺陷。这一阶段是很重要的，要保证一定的时间、一定的温度和足够的氧化气氛，才能避免缺陷产生。玻化成瓷期（950 或 10501250）在该期内坯体瓷化，釉层玻化，收缩比较大。保证坯体受热均匀，使之高温反应趋于均一是本阶段的关键。因此，升温速率取决于窑炉结构、装窑密度、坯体的收缩变化及烧结范围。保温阶段（1250）因为是快速烧成，烟气的温度与制品温度的温差较大，所以保温时间不易太长。实际上，由于上一过程中的升温速度比较缓慢，所以无须高火保温，因反应在高火中进行得比较完善，可省去。急冷阶段（1250700）冷却速度主要取决于坯体的厚度以及坯内液相的凝固速度。冷却

22、初期瓷胎中的玻璃相还处于塑性状态，急冷所引起的热应力大部分被液相的塑性和流动性所补偿，不会产生被破坏作用。但也要均匀急冷，否则还是会开裂的。缓冷阶段（700400）缓冷阶段的温度取决于瓷胎中玻璃相的转化温度，液相中的 al2o3和 sio2含量越高，转化温度也越高，一般在 800830。低于转化温度，液相开始凝固，残余石英发生晶型转化，必须放慢冷却速度，力求制品截面温度的均匀分布，尽可能消除或减少热应力。快冷阶段（40080）此阶段热应力变小，可加快冷却速度。从上述各阶段的分析可以看出，只要窑内温度均匀，各阶段都可以加快。但烧结景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书6还要按照

23、反应所需时间来控制。在制定合理的烧成制度时，还要考虑窑的结构，究竟升温和降温速度多少才能使窑内温度均匀，以保证整个截面上的制品烧熟，要综合上述原则进行制定。温度的划分与升温速率表 1-2名称温度（/）时间（/min）升温速率（/min-1）节数（/节）加热蒸发段室温250638.317预热带排水阶段250500462.5811石英晶型转化阶段500600333.31215预热带氧化阶段600105010451627烧成带105012501022.22839保温带1250304042急冷带12507006-91.74349缓冷带70040012-255063快冷带400806-53.36470累

24、计60701.3.31.3.3 气氛制度：保持全窑氧化气氛。气氛制度：保持全窑氧化气氛。1.3.41.3.4 压力制度：预热带压力制度：预热带4040-25pa,-25pa,烧成带烧成带8 8 papa。景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书7第二篇第二篇 辊道窑主要尺寸的确定辊道窑主要尺寸的确定 2.1 内宽的确定内宽的确定确定内宽时，要考虑辊子长度、窑墙厚度以及水平方向温度的均匀性等因素。在最初的辊道窑中，明焰辊道窑的内宽一般为 1.52.5 米。随着辊子材料质量的提高，生产技术的进步，辊道窑的内宽被进一步加宽，如我国广东佛山辊道窑窑内宽已达45 米。根据产品、所用的燃料

25、、窑内传热等因素，粗略确定内宽的尺寸，设计为 b 米，成品的尺寸为 80080012 mm，制品的收缩率 为 10%。坯体尺寸=产品尺寸/（1-烧成收缩）=800/（1-10%）=888.9.本设计在宽度方向上坯体排列 3 块, 两侧坯体与窑墙之间的距离取 100。窑内宽b=1502+888.93=2966.7。为计算窑炉内宽的方便，所以取 b 为 3000mm。2.2 窑长的确定窑长的确定2.2.12.2.1 窑容量及平面利用率窑容量及平面利用率 窑容量： （1-1）24* *nymnk t式中 mn-年产量 (米2/年)；-产品的烧成周期 (小时)； k-产品合格率；t-年工作日；则有：4

26、260220*10 *()60321.64(/24*95%*300ynm窑）景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书8装窑密度 g= 每米排数每排片数每片砖面积=（1000/888.9）30.80.8=2.16（/米窑长） （1-2）则窑长：l/321.64/ 2.16148.9( )yngm2.2.22.2.2 窑体有效长度的计算窑体有效长度的计算利用装配方式，由若干节联结而成，设计每节长度为 2124mm，节与节之间联结长度为 6mm，总长度为 2130mm，因此，窑的节数为：148.9/2.13=69.9 节，设计节数为70 节，因而窑长为 213070=149100mm

27、。窑前工作台长度取 2.3m，窑尾工作台取 3.6m。 （根据经验取得，窑尾工作台长度长一点是因为产品出窑温度为 80，要工作人员方便捡取产品，故使制品出窑后的冷却时间能够稍微长一点。 ）那么窑炉的实际长度为：l=213070+2300+3600=15500，取 155 米；2.3 窑炉各段长度的确定窑炉各段长度的确定辊道窑预热带占窑总长的 38.33%，烧成带占总窑长的 21.67%，冷却带占总长的40.00%。预热带：149.138.33%=57.15m，取 27 节；烧成带：149.121.67%=32.31m，取 15 节；冷却带：149.140.00%=59.64m，取 28 节。2

28、.4 窑内高度的确定窑内高度的确定该窑炉各带内高值如下：棍上棍下内空间高度棍上棍下内空间高度 表表 2-12-1115 节16495070辊上高395417395棍下高395417417内高790834812景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书9第三篇第三篇 工作系统的确定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。3.1 排烟系统排烟系统明焰辊道窑的燃烧火焰直接进入窑道内的辊道上下空间，对制品直接进行加热。为提高热利用率，一般均采用集中排烟方式，即在窑头不远处的窑顶、窑底设置排烟口，烟气自烧成带向预热带流动，至窑头排烟口抽出，经排烟总管、排烟机排出室

29、外。本设计也采用集中排烟的方案。在第一，二，四，六节的每节窑顶和窑底分别设置三个排烟口进行排烟。在各排烟口分别设置圆管引出，汇总到窑顶、窑底的排烟分管中，最后连接到总管进行集中排烟。在二、三节窑顶设置放排烟机风机的平台，在其上设置排烟风机，并设置另一台备用。3.2 预热带喷风系统预热带喷风系统明焰辊道窑多采用完全的集中排烟方式，无疑大大提高了热利用率。但是，由于缺乏对预热带温度的调整手段，有时就难以保证制品按需要的烧成曲线升温。为克服这一缺陷，本设计在预热带棍上设置喷风口，从 10-15 节每节布置三对喷风口，共 36个，其风可来自冷却带抽出的热风。并在第 16、17 节的上方布置两台鼓风机（

30、一台备用） 。3.3 燃烧系统燃烧系统3.3.13.3.1 烧嘴与观火孔的设置烧嘴与观火孔的设置为有利于燃烧带的温度调节，采用 wdh-tcc4 型燃气高速烧嘴。景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书10本设计从第 12 节开始设置高速调温烧嘴，这样有利于快速升温调节，缩短烧成时间，以达到快速烧成的目的。考虑到在低温带设置烧嘴不宜太多，所以在预热带的尾段（12-27 节）只在辊下设置烧嘴，每节一对；在第 28-35 节辊上、辊下设置烧嘴，每节设置 2 对，并在辊上下方各个燃烧器对侧窑墙分别设置一个火焰观察孔；在 3642节辊上下每节设 4 对烧嘴，对称布置；全窑烧嘴共 120

31、 个。3.3.23.3.2 水煤气输送装置水煤气输送装置从煤气站送过来的煤气，由总管路送到车间，然后经过滤器、压力表、自动调节蝶阀和气动安全阀，由自动调压器把总管煤气压力降到窑炉适用的压力并稳压后送到窑炉上方的煤气总道。本系统中煤气主管处压力为 2.010 2.510 ，经稳压后压44力稳定在 1.210 。4燃烧系统分为若干个主调节单元，每个单元又分为辊上信道温度调节和辊下信道温度调节，各单元所用燃气分别从窑上煤气总管道引出，经单元手动球阀和由电动执行器带动的蝶阀后送至本调节单元的各烧嘴。在每控制单元设置一电磁阀，有断电保护功能，防止断电后煤气泄入窑内。3.4 冷却系统冷却系统制品在冷却带有

32、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放出的热量来加热空气，余热风可供干燥或助燃风用，达到节能的目的。3.4.13.4.1 急冷通风系统急冷通风系统从烧成最高温度至 700以前，制品中由于液相的存在而具有塑性，此时可以进行急冷，最好的办法是直接吹风冷却。辊道窑急冷段应用最广的直接风冷是在辊上下设置横穿窑断面的冷风喷管。每根喷管上均匀地开有圆形式出风口，对着制品上下均匀地喷冷风，达到急冷效果。由于急冷段温度高，横穿入窑的冷风管须用耐热钢制成，管径为 40100mm。本设计也采用此种结构，用 7

33、节窑长进行急冷，每节辊上下均分布6 对 50 急冷风管（急冷的前半节不设置急冷风管） ，交错排列横穿过窑内，窑内部分的管子开圆孔若干。 3.4.23.4.2 缓冷通风系统缓冷通风系统制品冷却到 700400范围时，是产生冷裂的危险区，应严格控制该段冷却降温景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书11速率。为达到缓冷目的，一般采用热风冷却制品的办法。大多数辊道窑在该段设置36 处抽热风口，使从急冷段与窑尾快冷段过来的热风流经制品，让制品慢速均匀地冷却。首先采用抽热风的方法，在窑炉的第 5163 节每隔一节窑顶及窑底分别设置 1 对抽热风口，对称布置，抽走来至急冷和快冷的热风，这样

34、可缓和降温速率，达到抽走急冷段的热风的目的。在缓冷带的中部设有一个平台，上面布置两台抽热风机（一台备用） 。 3.4.33.4.3 快冷通风系统快冷通风系统制品冷却到 400以后可以进行快速冷却。由于制品温度较低，使传热动力温差小，即使允许快冷也不易于达到。而此段冷却也很重要，如达不到快冷目的出窑产品温度大于 80时，制品即使在窑内没有开裂，也会因出窑温度过高而出窑后炸裂，故要加强该段的冷风冷却。一般都采用冷风管进行快冷。其冷却效果好，并便于该段温度的调节。在快冷一区第 64-67 节窑炉每节设置 6 对 12 根快冷风管，同时在该段的 64 节上方设有一工作平台，其上布置两台快冷风机（一台备

35、用） 。在快冷二区（68-70 节） ，用低压大流量轴流风机强制冷却，将砖坯温度进一步降低，一般直接排入大气。3.4 窑体附属结构窑体附属结构3.4.13.4.1 事故处理孔事故处理孔建陶工业辊道窑多用来烧制墙地砖、瓷质砖等片状制品，一般将砖坯直接放在辊子上，常会发生断砖（坯）现象。为便于处理断辊、卡砖、起摞等事故，在窑侧墙每隔一定间距须设置事故处理孔。事故处理孔一般设在辊下，且事故处理孔下孔面与窑底平齐，以便清除出落在窑底上的砖坯碎片。事故处理孔大小尺寸通常宽 240450mm，高 65135mm。同时，为加强窑体密封，应尽量少设置事故处理孔，而为了便于处理事故又希望多设置，要很好解决这一矛

36、盾，必须合理布置事故处理孔。两侧墙事故处理一般均采取交错布置的形式。为了能清除窑内任何位置上的事故而不造成“死角” ，两相邻事故处理孔间距不应大于事故处理孔对角线延长线与对侧内壁交点。本设计设定设定事故处理孔的尺寸为：360132 mm。对于事故处理孔要进行密封，内部挡火材料做成大盖板，间隙填入陶瓷棉，最外部的钢板密封前段还需要用一定的保温材料。密封的目的是为了防止热气体外溢，冷气体漏入等引起的热损失对产品的烧制产生影响。景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书123.4.23.4.2 膨胀缝膨胀缝窑体受热膨胀产生很大的热应力，为避免窑体开裂、挤坏，必须重视窑体的膨胀缝的留设，

37、孔砖间也应留设。窑体膨胀缝应在窑体的每一节的中间，保证节间气密性，所以本设计的窑体膨胀缝（10mm）设置在每节的中部。3.4.33.4.3 测温孔测温孔 为了严密监视及控制窑内温度和压力制度，及时调节烧嘴的开度，一般在窑道顶及火道侧墙留设测温孔及安装热电偶。一般高温成瓷区每节设一对，辊上设在窑顶，辊下设在窑侧墙；两侧墙的侧温孔交错布置。除高温区外一般是按烧嘴控制区 2-3 节设置一侧温孔，并且设在烧嘴对侧窑墙上。本设计在 127 节每奇数节于窑顶布置，2849 节从 28 节开始隔节在窑顶、窑侧墙交错布置，急冷段奇数节窑顶布置，缓冷段从 50 节开始每隔 2 节在窑顶布置直至第 64 节。在烧

38、成带 28-42 节用 s 型热电偶，其他均用 k 型。选用 41 套热电偶，其中 s 偶 22 支，k 偶 19 支，窑炉的各执行机构通过工业 plc 集中控制，传动速度由变频器调控。窑炉的进砖或出砖情况通过专门设置的摄像机和监视器来监控。排烟、助燃风机设报警开关，通过压力开关与窑炉的燃烧系统进行联锁。这样，在烧成曲线的关键点，如氧化末段、晶型转化点、釉始熔点、成瓷段、急冷结束等都有留设3.4.43.4.4 挡火板、挡火墙的设置挡火板、挡火墙的设置由于辊道窑属中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，难以调节窑内压力制度及温度制度。因此，通常在辊道窑工作通道的某些部位，辊下砌筑挡墙，辊上插入挡板，

39、缩小该处工作通道面积，以增加气流阻力，便于压力与温度制度的调节。在实际生产过程中，由于生产产品品种会发生变化，故可能需要调节挡墙挡板的高度，所以在布置的挡墙挡板为活动的，以便于操作人员进行调节。本设计挡板和挡墙设置如下：急冷与保温带交接第 42 和 43 节之间，急冷和缓冷交接第 49 和 50 节之间，高温保温段前第 39 和 40 节之间，高温带第 33 和 34 节之间，预热带第 27 节和 28 节之间，第 15和第 16 节之间，预热带第 7 和 8 节之间。3.4.53.4.5 测压孔测压孔压力制度中零压面的位置控制特重要，一般控制在预热带和烧成带的交界面附近。景德镇陶瓷学院 20

40、09 届热能与动力工程毕业设计说明书13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；若零压过少移向烧成带，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。故本设计在第 9、25、32节每节的窑侧墙观察孔位置布置了测压孔。3.5 钢架结构钢架结构辊道窑钢架结构起着加固窑体作用，而钢架本身又是传动系统的机身。本设计采用金属框架装配式钢架结构，立柱、上下侧梁、下横梁、底侧梁等均采用60mm60mm4mm 的方型钢管焊接而成。在一节窑体钢架中，每侧共有立柱 3 根，两段的立柱上揩油供 m8 螺栓节间联接的 4 个

41、小孔。下横梁每节共 3 根，焊在底侧梁上，下横梁上焊有 5050 的等边角钢作底架，以便在其上搁置底板。上下侧板可用 23mm钢板冲压制成，吊顶梁采用 50324 的角钢。窑底支撑采用可调节的方式。第四章第四章 窑体材料及厚度的确定窑体材料及厚度的确定4.1 窑体材料的确定原则窑体材料的确定原则辊道窑窑墙与所有工业窑炉的窑墙一样，必须具备耐高温、具有一定强度和保温性能好三个基本条件，选用的材料要保证材料长期允许使用工作温度大于实际使用的最高温度。特别是，由于辊子要穿过窑墙，为了提高辊子长度的有效利用率，对窑墙厚度有更严格的控制。换言之，为了增加辊道窑窑内有效宽度，就应尽量减薄窑墙，同时考虑到材

42、料的价格问题在达到要求之内尽量选用价廉的材料以减少投资。4.2 窑体材料厚度的确定原则窑体材料厚度的确定原则为了砌筑方便和外形整齐，窑墙厚度变化不要太多；各层材料的厚度应为砖长或砖宽的整倍数，墙高则为砖厚的整倍数，尽量少砍砖；要保证散热量小窑墙外壁最高温度应不大于 80；两侧窑墙厚度与窑内宽之和应小于所选用的辊子长度。4.3 各段窑体材料及厚度选用校核各段窑体材料及厚度选用校核4.3.14.3.1 计算依据计算依据选择材料校核计算，首先确定所用的材料是否符合允许的最高温度。各材料的使景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书14用温度都低于耐火度，都可以使用。陶瓷窑炉的散热包括以

43、下三个传热过程：1）高温流体与平壁内表面之间的对流传热和辐射传热；2)平壁内部的导热；3)平壁外表面与低温流体之间的对流传热和辐射传热。由于在这种情况下的综合传热计算很难准确获得高温流体的温度以及高温流体与平壁内表面的对流辐射传热系数。因此，在实际的窑炉的计算中，例如窑炉壁散热损失计算中，通常采用下列公式进行计算：对流辐射换热系数计算公式：=aw(t3-ta)0.25+ 4.56t34/100-ta4/100/(t3-ta) （4-1）窑墙计算中 aw取 2.56，窑顶计算中 aw取 3.26，窑底计算中 aw取 2.1.最大热流量：q=(t3-ta)=14（80-20）=840 w/m2 （

44、4-2）导热公式：q=(t1-t3)/(1/1+2/2) （4-3）4.3.24.3.2 窑体材料的选用与厚度校核窑体材料的选用与厚度校核由于计算各带的方法是相类似的，所以现只以烧成带为例说明，其他段方法一致。设计方案：参照科达机电出口至巴西窑炉选材进行设计，从窑墙内侧向外依次取定窑墙分层数代号分别为1s，2s，3s，4s 1s用 jm26 砖，厚度为 114mm，1000时导热系数为35. 01，2s用 jm23 砖，厚度为 114mm，1000时导热系数为24. 02，3s用 1260 陶瓷纤维板厚度为 50mm，1000时导热系数30.20，4s用硅酸铝纤维毡，厚度未知，取用密度为313

45、0/kg m，热导率为6240.0540.272*10 t现在求取硅酸铝纤维毡厚度4，已知条件：使用温度1250，最高使用温度1300（除辊棒外的窑体结构） ，；取外壁最高温度 t3=80，环境温度取 ta=20。= aw(t3-ta)0.25+ 4.56t34/100-ta4/100/(t3-ta)=14 w/( m2 )，所以，最大热流量 q=(t3-ta)=14（80-20）=840 w/m2景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书15据导热公式有：14431212312508400.1140.1140.050.350.240.20tttq求解可得：4367.4t 此时硅

46、酸铝纤维毡的热导率6240.0540.272*100.09t据导热公式有45444376.4808400.09ttq，求解可得4 0.0318m，取厚度为50mm。同理可以确定校核窑的其他各带的窑体材料，确定为下：预热一区 表 4-1预热一区: 低箱起始箱:1终止箱7顶部/r侧墙/s底部/b层号材料厚度材料厚度材料厚度1岩棉板50岩棉板500.8 漂珠粘土铺底砖67总厚度 mm505067材料性能表 4-2名称规格材质热导率备注岩棉板1100*600*5015. 00.035+0.0018t温度范围 503000.8 漂珠粘土铺底砖250*230*65ng-0.80.27热导率平均50350t

47、预热二区 表 4-3预热二区起始箱:8终止箱15顶部/r侧墙/s底部/b层号材料厚度材料厚度材料厚度1高铝聚轻球0.82200.8 漂珠粘土砖1150.8 漂珠粘土铺底砖67景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书162普通硅酸铝纤维毯25岩棉板500.8 漂珠粘土砖67总厚度 mm245165134材料性能 表 4-4名称规格材质热导率备注岩棉板1100*600*5015. 00.035+0.0018t温度范围 503000.8 漂珠粘土铺底砖250*230*65ng-0.80.27热导率平均50350t0.8 漂珠粘土砖230*114*65ng-0.80.27热导率平均50

48、350t普通硅酸铝纤维毯1100*400*2522. 00.13标准型 rt高铝聚轻球0.8272*220*154lg-0.8 聚轻球0.35热导率平均50350t预热三区 表 4-5预热三区起始箱:16终止箱27顶部/r侧墙/s底部/b层号材料厚度材料厚度材料厚度1高铝聚轻球 0.8250jm23-0.8115高铝聚轻球 0.8672普通硅酸铝纤维毯500.8 漂珠粘土砖1150.8 漂珠粘土砖673普通硅酸铝标准毡500.8 漂珠粘土砖674普通硅酸铝纤维毡50粘土砖 0.8675粘土砖 0.867总厚度 mm300330335材料性能 表 4-6景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程

49、毕业设计说明书17名称规格材质热导率备注高铝聚轻球 0.8272*250*154lg-0.8 聚轻球0.35热导率平均50350tjm-23230*114*65jm-23-0.80.20热导率温度 10000.8 漂珠粘土砖230*114*65ng-0.80.27热导率平均50350t高铝聚轻球0.8（底）250*230*65ng-0.80.27热导率平均50350t普通硅酸铝纤维毯1100*400*5022. 00.13标准型 rt普通硅酸铝纤维毡1100*400*5022. 00.14t 使用900粘土砖 0.8250*230*65ng-0.80.35烧成区，保温区，急冷区 表 4-7起始

50、箱:28终止箱49顶部/r侧墙/s底部/b层号材料厚度材料厚度材料厚度1 jm26250jm26115jm26672普通硅酸铝纤维毯50jm23115高铝聚轻球 0.8673普通硅酸铝纤维毯251260 陶瓷纤维板50高铝聚轻球 0.8674普通硅酸铝纤维毡500.8 漂珠粘土砖6750.8 漂珠粘土砖67总厚度 mm325330335材料性能 表 4-8名称规格材质热导率备注jm26（顶部吊顶）272*250*154jm-26-0.80.35热导率温度 1000jm26230*114*65jm-26-0.80.35热导率温度 1000jm23230*114*65jm-23-0.80.20热导

51、率温度 1000景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书18高铝聚轻球 0.8230*114*65lg-0.8 聚轻球0.35热导率平均50350t1260 陶瓷纤维板600*400*5022. 00.20t 分类=12600.8 漂珠粘土砖（底部）250*230*65ng-0.80.27热导率平均50350t普通硅酸铝纤维毯1100*400*50（25）22. 00.13标准型 rt普通硅酸铝纤维毡1100*400*5022. 00.14t 使用=9501000缓冷区 表 4-9缓冷区: 低箱起始箱:50终止箱63顶部/r侧墙/s底部/b层号材料厚度材料厚度材料厚度1高铝聚轻

52、球 0.82200.8 漂珠粘土砖115硅藻土砖672普通硅酸铝纤维毯50硅酸铝纤维毡50硅藻土砖67总厚度 mm270165134材料性能 表 4-10名称规格材质热导率备注高铝聚轻球 0.8272*250*154lg-0.8 聚轻球0.35热导率温度 10000.8 漂珠粘土砖230*114*65ng-0.80.27热导率温度 1000硅藻土砖230*114*65gc-0.5a0.15使用 t900普通硅酸铝纤维毯230*114*6522. 00.14标准型 rt硅酸铝纤维毡600*400*5022. 00.13快冷区 表 4-11景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书1

53、9终冷一区: 低箱起始箱:64终止箱70顶部/r侧墙/s底部/b层号 材料 厚度 材料 厚度 材料 厚度1硅酸铝纤维毡500.8 漂珠粘土砖1150.8 漂珠粘土砖672硅酸铝纤维毯50硅酸铝纤维毡500.8 漂珠粘土砖67总厚度 mm100165134终冷二区(空箱): 低箱起始箱:68终止箱70顶部/r侧墙/s底部/b层号材料厚度材料厚度材料厚度1配轴流风机材料性能 表 4-12名称规格材质热导率备注0.8 漂珠粘土砖230*114*65ng-0.80.27普通硅酸铝纤维毯230*114*6522. 00.14标准型 rt硅酸铝纤维毡600*400*5022. 00.13岩棉板1100*6

54、00*5015. 00.035+0.0018t温度范围 50300景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书20第五篇第五篇 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算本设计采用的燃料为水煤气，水煤气对应成分的湿成分的换算查工业炉设计手册，查 3-18 表可知，水煤气的一般组成：水煤气组成 表 5-1干煤气体积成分（%）煤气名称22coh s2omnc hco2h4ch2n水煤气10200.10.20.51223242506925水煤气密度：0.70.74 （kg/ nm）烟气密度：1.261.3 （kg/ nm）低发热量：1050011300 （kj/nm）5.1 空气量的计算空气量的计算5

55、.1.15.1.1 理论空气需要量理论空气需要量景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书21取水煤气的低位发热量，查筑炉工程手册当煤气310500/dqkj m时，理论空气需要量为，312540/dwqkj m00.875*4180qwql 则单位理论空气消耗量为 3300.875*2.198(/)4180qwqlmm5.1.25.1.2 实际空气需要量实际空气需要量查筑炉工程手册和工业炉设计手册 ，取空气消耗系数为，则实际1.15a 空气需要量为： 3301.15*2.198 2.528(/)nlalmm5.2 烟气量计算烟气量计算查筑炉工程手册可知，实际烟气量为：3300.

56、725*1.0(1)3.151(m /)4180dwaqvalm5.3 燃烧温度的确定燃烧温度的确定假设 t=1900，查燃料与燃烧42 页表 5-2 知水煤气燃烧产物比热cf=1.72kj/(m3c)，在 20时空气比热为 ca=1.30kj/(m3c) ， 水煤气煤气cf=1.42kj/(m3c)，则理论燃烧温度为：，10500 1.42*20 1.30*20*2.198t1953.23.151*1.72dr rk kkliayqc tc t lv c误差，1953.2 1900*100%2.8%5%1900所以，假设合理，取高温系数 =0.75，则实际烧成温度为：9 .14642 .19

57、53*75. 0lirtt比设计烧成温度 1250高出 214.9，有利于快速烧成，保证产品烧熟，基本符合要求。景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书22第六章第六章 物料平衡计算物料平衡计算6.1 每小时烧成制品质量每小时烧成制品质量4220*10*18.618884.98(kg/h)300*24*0.8*0.8mg 6.2 每小时烧成干坯的质量每小时烧成干坯的质量8884.98*90%8417.35 kg/h11 5%mgpgg成品率=（）酌减量6.3 每小时欲烧成湿坯的质量（每小时欲烧成湿坯的质量（w 为含水率）为含水率）*1008417.35*100g8502.37(

58、kg/h)100100 1gpspgw6.4 每小时蒸发自由水的质量每小时蒸发自由水的质量 8502.378417.3585.02(kg/h)zsspgpggg6.5 每小时从精坯中产生的每小时从精坯中产生的 co2质量质量景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书23每小时从坯体中引入 cao，mgo 质量分别为：*%8417.35*0.98%82.49(kg/h)ac ogpggcao*%8417.35*0.10%8.42(kg/h)mgogpggmgo则产生的 co2质量为：222*444482.49*8.42*5640 74.08 (kg/h)cocococaomgoca

59、omgommgggmm6.6 每小时从精坯中分解出来的结构水质量：每小时从精坯中分解出来的结构水质量： 2*5%8417.35*5%74.08 346.79 (kg/h)ipgpcoggg第七章第七章 热平衡计算热平衡计算热平衡计算包括预热带、烧成带热平衡计算和冷却带热平衡计算，预热带热平衡计算的目的在于求出燃料消耗量，冷却带热平衡计算目的在于计算出冷空气鼓入量和热风抽出量。另外，通过热平衡计算可以看出窑炉的工作系统结构等各方面是否合理，可以从哪些方面对窑炉在节能方面上进行改进等。7.1 预热带与烧成带的热平衡计算预热带与烧成带的热平衡计算7.1.17.1.1 热平衡计算基准、范围热平衡计算基

60、准、范围时间基准： 1h；0温度基准：0。7.1.27.1.2 热平衡示意图热平衡示意图景德镇陶瓷学院 2009 届热能与动力工程毕业设计说明书241q坯体带入显热 fq燃料带入化学热及显热aq助燃空气带入显热 预热带漏入空气带入显热bq2q产品带出显热 窑体散失热损失3q4q物化反应耗热 5q其他热损失gq烟气带走显热7.1.37.1.3 热收入项目热收入项目7.1.3.1 坯体带入显热 q1（kj/h）q1=c1t1g湿其中湿制品质量（kg/h） ；gspc1制品的比热（kj/（kg） ） ；t1制品的温度（） ，取 20；c1随各地原料成分及配方的不同而变化，按公式 c1=0.84+26