窑炉设计说明书日产28000件花瓶隧道窑设计

1、景德镇陶瓷学院窑炉课程设计说明书题目：日产28000件花瓶隧道窑设计学 号：姓 名： 院 （系）： 专 业： 指导教师：目 录1 前言32 设计任务书43 窑体主要尺寸的确定4 2.1 窑内宽的确定4 2.2 窑体长度的确定4 2.3 窑内高的确定54 烧成制度的确定55 工作系统的确定5 5.1 排烟系统55.2 燃烧系统5 5.3 冷却系统6 5.4 传动系统65.5窑体附属结构65.5.1 事故处理孔65.5.2 测温测压孔及观察孔65.5.3 膨胀缝65.5.4 挡墙65.6 窑体加固钢架结构形式76 燃料及燃烧计算7 5.1 空气量的计算75.2 烟气量的计算7 5.3 理论燃烧温度

2、的计算77 窑体材料及厚度的确定88 热平衡计算88.1 预热带及烧成带热平衡计算88.1.1 热平衡计算基准及范围88.1.2 热平衡框图88.1.3 热收入项目98.1.4 热支出项目118.1.5 列出热平衡方程式148.1.6 列出预热带烧成带热平衡表148.2 冷却带热平衡158.2.1 热平衡计算基准及范围158.2.2 热平衡框图168.2.3 热收入项目168.2.4 热支出项目178.2.5 列出热平衡方程式178.2.6 列出冷却带热平衡表189 烧嘴的选用189.1 每个烧嘴所需的燃烧能力189.2 每个烧嘴所需的油（气）压199.3 烧嘴的选用1910参考文献191.

3、前言 通过大学基础理论和专业理论知识的学习，以及多方面的实习，如金工实习，认识实习，生产实习的实践活动，对窑炉有了一个比较全面的了解，为了能多窑炉结构有更加深入的了解，根据课程设置要求，利用本学期最后三个星期进行一次系统的窑炉设计。 本设计的设计任务是日常28000见花瓶的燃气隧道窑，通过这次设计，我对自己的大学知识进行了考察，对于一些基础设计知识以及相关陶瓷知识有了一定的了解，但把学到的知识与技术和实际结合起来，却是很不容易。所以我尽我最大努力，用所学的力量来实践并用实践来验证理论，发现自己的不足，及时改正。通过本次设计，使我学到了很多以前课堂上没有的知识，尤其是专业方面的，但也如前所述，由

4、于知识的缺陷及与实践相结合能力有限，加之实践仓促，在设计过程中不可避免地存在了一些纰漏的地方，望老师能给我指正。同时，我能较顺利的完成这次设计，是在老师和同学的帮助下，对此，我向指导老师表示衷心的感谢！2.设计任务书2.1.设计任务：日产28000件花瓶隧道窑设计2.2. 原始数据（1）笔筒1、 坯体组成（%）SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OI.L73.217.150.350.451.01.21.754.92、 产品尺寸：200*160 产品质量2.8公斤/件；3、 入窑水分：1%4、 产品合格率：95%5、 烧成制度：烧成周期：15小时，最高烧成温度：1210（温度曲线

5、自定）6、 窑具：SiC棚板、SiC支柱，尺寸自定（2）燃料天然气COH2CH4C2H4H2SCO2N2O2Qnet(MJ/Nm3)0.20.295.63.50.30.10.1041.58（3）夏天最高气温：37（4）设计基本要求：1、课程设计应当成为创造性劳动，应表达出自己的设计思想，而不是简单地照搬现成的资料，独立思考完成，杜绝抄袭往届的课程设计。2、窑炉结构和工作系统合理，设计计算正确，独立完成，大胆创新3、图纸：清晰干净，制图规范，尺寸齐全；图纸文字一律仿宋字体，各字体大小参考机械制图书；图纸上墨。4、设计图纸范围：窑体结构图，窑体主要断面图。5、说明书完整详细：须按附件1窑炉课程设计

6、说明书撰写规范格式打印3.窑体主要尺寸的确定3.1.窑内宽的确定沿长度方向装5行棚板，棚板间距20mm，棚板与摇车边距为10mm：沿宽度方向装3列棚板，棚板间距20mm，由此确定摇车的车面尺寸为：长L=420*5+20*4+2*10=2200mm宽B=420*4+20*3=1740mm5层棚板，支柱高为180mm窑车与窑墙间距为125mm，窑内宽为B=1740+125*2=1990mm。3.2.窑体长度的确定（1）全窑装制品数：Gy=（28000*15）/(0.95*24)=18421件/窑。（2）每车装制品数：Ge=4*3*5*5=400件/车。（3）窑内存车数：n=Gy/Ge=46.05车

7、（取47车）。（4）窑的有效长度：Lx=47*2.2=103.4m（取104m）。（5）全窑的总长度：L=104+4=108m。3.3.窑内高的确定窑车车架总高为280mm，所以窑内高H=180*5+280+50=1500mm。4.烧成制度的确定温度范围气氛制度时间20970还原气氛3h9701210氧化气氛3h1210还原气氛1h1210378h5.工作系统的确定遂道窑的工作系统确定包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统、传动系统、窑体附属结构、窑体加固钢架结构形式等。 5.1 排烟系统在预热带2到7车设6对排烟口，每车位一对。烟气通过各排烟口到窑墙内的水平烟道，由5号车位的垂直烟道经窑顶金属管道

8、至排烟机，然后由铁皮烟囱排至大气。排烟机及铁皮烟囱皆设于预热带窑顶的平台上。在1、3、6号车位有三道气幕。其中1号车位气幕位封闭气幕，窑顶和侧墙皆开孔，气体喷出方向与窑内气流成90度角。3号和6号车位位扰动气幕，气体由窑顶喷出，方向与窑内气流成150度角。5.2 燃烧系统在11-21车位设9对烧嘴，不等距分布，两侧交错布置，每车位一对。采用高速调温烧嘴，助燃空气来自冷却带的热空气。采用环形供风方式使各烧嘴前压力基本相同。在预热带的窑顶每2个高速调温烧嘴，起到搅动作用。5.3 冷却系统在25-29车位设四道极冷阻挡气幂，一车位一道，窑顶及窑墙均开口，狭缝式，气体与窑内气流成90度吹出。自31-3

9、9号车位设9对热风抽出口，每车位一对。热空气经过窑墙内的水平热风通道，于34号车位处用金属管道由热风机抽送干燥。窑尾47号车位处，由冷却风机自窑顶和侧墙集中鼓入冷却空气。烧成带前后，即10、23号车位处，设两队事故处理口。5.4 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，推动窑车在窑内移动。5.5 窑体附属结构5.5.1 事故处理孔事故处理孔下面应与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的碎片。事故处理孔尺寸为：宽500毫米，高1250毫米，分别设在10号车位和23车位。5.5.2  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

10、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。5.5.3 测压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。5.5.4 膨胀缝窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免窑体开裂，挤坏，必须留设膨胀缝。分别在4、8、11、14、16、18、21、24、29号车位设置20mm的膨胀缝。5.5.6窑道档板和挡

11、火墙窑道上的档板和挡火墙可以起到窑内气体的上下和水平导流、调整升温曲线、蓄热辐射及截流作用。档板负责对窑内上半窑道的控制,采用耐高温硬质陶瓷纤维板制成,可以通过在窑顶外部调整位置的高低。挡火墙负责对窑内下半窑道的控制,采用耐火砖砌筑,高低位置相对固定。窑道档板和挡火墙设置在同一横截面上。全窑共设置5对闸板和挡火墙结构，分别设置在9-10节、13-14节、23-24节、28-29节。5.5.7 钢架结构遂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，立柱用2.5t×75×50mm方钢、上横梁用2.3t×50×

12、50mm方钢、下梁用2.5t×100×50mm方钢。在一节窑体钢架中，每侧共有立柱3根，两头每个立柱上开有攻M12螺栓节间联接的6个孔。下横梁每节共3根，焊在底侧梁上，下横梁上焊有50×50mm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50×50×5mm的等边角钢。6燃料燃烧计算6.1燃烧所需空气量的计算本设计燃料采用天然气，其成分组成如下表所示:天然气COH2CH4C2H4H2SCO2N2O2Qnet(MJ/Nm3)0.20.295.63.50.30.10.1041.58燃料所需要的空气，根据经验取空气

13、系数为1.05，近似计算得：0.26*41.58-0.25=10.56(m3/Nm3) 实际空气量 =1.05*10.56=11.0886.2理论烟气量的计算按照燃料的化学成分计算理论烟气量：由经验公式=+0.25=11.56实际烟气量为：V=11.56+(1.05-1)*10.56=12.0886.3理论燃烧温度的计算设空气温度 ，空气比热为Ca1.30 KJ/M3。天然气比热为：Cf1.55 KJ/ M3，ta=tf=20，现设T1600，燃烧产物温度C1.64 KJ/ M3。则理论燃烧温度为： T(Qnet+ LnCata+ Cftf)/ VnC =1572相对误差：*100%=1.7%

14、<5%合理，取高温系数为=0.80。实际燃烧温度为1257.6比需要的温度高47.6，这符合要求有利于快速烧成，保证产品达到烧熟的目的。7窑体的材料及厚度的确定 温度范围长度范围m窑墙材料窑顶材料Po耐火砖低铁高铝隔热砖钢板Po耐火砖低铁高铝隔热砖钢板20-90038.523023032302303900-121030.8230230323023031210-8046.223023032302303温度范围（°C）窑顶材料及厚度（mm）轻质高铝砖一级耐火砖20-800230114800-12102301501210-800230150800-202301148热平衡计算8.1预

15、热带及烧成带热平衡计算8.1.1 热平衡计算基准及范围时间基准：1h； 温度基准：0 计算范围为：预热带和烧成带8.1.2热平衡示意框图图8-1 预热带和烧成带热平衡示意图Q1 -制品带入显热； Qa -助燃空气带入显热；Qa-漏入空气带入显热； Qf -燃料带入化学热及显热；Q2 -棚板及支柱带入显热； Q3 -产品带出显热；Q4 -棚板及支柱带出显热； Q5 -窑墙、窑顶散失之热；Q6-窑车积散之热 ； Q7-物化反应耗热；Q-其他热损失； Qg -废气带走显热。 8.1.3 热收入项目8.1.3.1 制品带入显热Q1（KJ/h） 入窑制品比热C取0.95 KJ/Kg·每小时入窑

16、干制品：G0.95×152×20=2888 Kg/h 入窑制品含0.8%自由水，每小时入窑的湿制品为：G=2888/(1-0.008)=2911.3Kg/h入窑制品的比热随各地原料成分及配方的不同而变化，一般在0.841.26 kJ/（kg）范围。现取平均比热c=0.90 kJ/（kg），入窑制品温度t=20，则Q1= Gct=2911.3×0.9×20=52403 KJ/h8.1.3.2 棚板及支柱带入显热Q2 棚板与支柱要吸热，根据其体积、密度可求得每车质量为850kg。G=850×1.15=977.5kg/h，C=0.842 kJ/（kg

17、）根据公式可得：Q2 = GCt=977.5×0.842×20=16461 KJ/h 8.1.3.3 燃料带入化学热及显热Q 入窑液化气温度，t=20，查手册，在此温度下的液化气平均比热为：C=1.99 KJ/(Nm·),再根据公式可得：QX(Qnet+ Ct)=X(110000+1.99×20)=110027X KJ/h 其中X-每小时消耗的燃料量Nm8.1.3.4 空气带入显热Qa全部助燃空气作为一次空气，燃料燃烧所需空气量为：13.04 助燃空气温度ta20, 20时空气比热容C1.30 kJ/（kg）,则可得QatC13.04 X×1.

18、30×20339X KJ/h8.1.3.5 预热带不严密处漏入空气带入显热Qa取预热带前段空气过剩系数2.5, 前面已求得理论空气量 Va10.44 Nm/Nm。烧成带燃烧时的空气过剩系数=0.95，Va=X（-）Va=X（2.5-0.95）×13.04=20.21X 漏入空气温度ta20, C1.30KJ/(m·).则可得： Qa VaCta20.21X×1.30×20525X KJ/h8.1.3.6 气幕空气带入显热Q气幕包括封闭气幕、气氛幕和搅拌气幕，封闭气幕和气氛幕鼓入的风量一般为理论助燃空气的2-2.5倍，其中气氛气幕为0.5-1.0

19、倍，本设计封闭气幕、搅动气幕源为窑道的烟气，不计其带入显热。其气氛气幕为理论助燃空气量的0.8倍。 V=0.8 VX=0.8×13.04X=10.43X,设T=200, C=1.3 kJ/(Nm·)，则， Q=10.43X×200×1.3=1605X KJ/h 8.1.4 热支出项目的计算8.1.4.1 产品带出显热Q出烧成带产品质量G2888 Kg,出烧成带产品温度t1210.查表可知:产品平均比热为:C1.20 kJ/(kg)，则由公式可得：QGCt2888×1210×1.204193376 kJ/h8.1.4.2 棚板及支柱带出

20、显热Q棚板、支柱质量：G=977.5Kg/h，出烧成带棚板、支柱温度，t=1210，查手册，此时棚板、支柱的平均比热为：C=0.84+0.000264t=0.84+0.000264×1210=1.159 kJ/(kg) 根据公式可得：Q= GCt=977.5×1210×1.159=1370836 kJ/h 8.1.4.3 烟气带走显热Qg烟气中包括燃烧生成的烟气，预热带不严密处漏入之空气外，尚有用于气幕的空气。用于气幕之空气体积由冷却带计算为：V=1550 Nm/h, 离窑烟气体积：VVg+(-1)Va X，离窑烟气温度一般为200300，现取t=250，此时烟气

21、的平均比热为：C=1.44 kJ/(Nm·),根据公式可得：Qg=VCt=Vg+(-1)Va X+ VCt=4.99+(2.5-1) ×10.44X+1550×1.44×250=7434X+558000 KJ/h8.1.4.4 通过窑墙、窑顶散失之热Q将计算分为3部分,即第210节: 20-800,取平均值410；第1113节：800-1050取平均值为925；第1421 1050-1210，取平均值1130。 第210节窑体散热计算如下:窑外壁表面平均温度40，窑内壁平均温度440。a. 窑顶轻质高铝砖导热系数1=0.706 W(m)，厚度1=0.3m

22、；耐火粘土砖导热系数2=1.62 W(m)，厚度2=0.24m；单位热流量q=(440-40)/(0.3/0.706+0.24/1.62)=698 w/m散热面积: A=(2.3+2.56)/2×26.4=65.5 m则Q=698×65.5×4=182876 kJ/hb. 窑墙轻质高铝砖导热系数1=0.713W(m)，厚度1=0.12m；耐火粘土砖导热系数2=1.58W(m)，厚度2=0.24；单位热流量q=(440-40)/(0.12/0.713+0.24/1.58)=1250 w/m一侧窑墙散热面积:A=(1.15+1.65)/2×26.4=36.9

23、6 m则二侧窑墙散热Q=2×1250×36.96×4=369600 kJ/h 第1113窑体散热计算如下:取窑外壁温度80,窑内壁平均温度为910。a. 窑顶轻质高铝砖导热系数1=0.735W(m)，厚度1=0.3m；耐火粘土砖导热系数2=1.65W(m)，厚度2=0.24；单位热流量q=(910-80)/(0.3/0.735+0.24/1.65)=1499.3 w/m窑顶散热面积:A =（2.3+2.56）/2×6.6=16.4 m则Q=1499.3×16.4×1=24589 kJ/hb. 窑墙轻质高铝砖导热系数1=0.74 W(m

24、)，厚度1=0.12m；耐火粘土砖导热系数2=1.60 W(m)，厚度2=0.24；单位热流量q=(910-80)/(0.12/0.74+0.24/1.6)=2660.3 w/m一侧窑墙散热面积:A=(1.15+1.65)/2×6.6=9.24 m则二侧窑墙散热Q=2×2660.3×9.24×1=49162 kJ/h 第1421体散热计算如下: 取窑外壁温度100,窑内壁平均温度为1150。a. 窑顶轻质高铝砖导热系数1=0.75W(m)，厚度1=0.3m；耐火粘土砖导热系数2=1.62(m)，厚度2=0.24；单位热流量q=(1150-100)/(0.

25、3/0.75+0.24/1.62) =2815 w/m散热面积:A=（2.3+2.56）/2×19.8=49.1m则Q=2815×49.1×3=414650 kJ/hb. 窑墙轻质高铝砖导热系数1=0.76 W(m)，厚度1=0.12m；耐火粘土砖导热系数2=1.64 W(m)，厚度2=0.24；单位热流量q=(1150-100)/(0.12/0.76+0.24/1.64)=3454 w/m一侧窑墙散热面积:A=(1.15+1.65)/2×19.8=27.72m则二侧窑墙散热Q=2×3454×27.72×3=574469 k

26、J/h窑体总散热量为:Q=182876+369600+24589+49162+414650+574469=1615346 kJ/h8.1.4.5 窑车积蓄和散失之热Q 取经验数据，占热收入的25%。8.1.4.6 物化反应耗热Q不考虑制品所含之结构水,自由水质量:G= G1- G=2911.3-2888=23.3(kg/h)烟气离窑温度:tg250，制品中AlO的含量为17.15%。根据公式可得：Q= Q+ Q= G(2500+1.93 tg)+ Q×2100×AlO% =23.3×（2500+1.93×250）+2888×2100×

27、0.1715=1109605 kJ/h 8.1.4.7 其它热损失Q根据经验数据，占热收入的5%。8.1.5 列出热平衡方程式由热收入=热支出得:Q+ Q+Q+Q+ Q+Q=Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q，即52403+16461+110027X+339X+525X+1605X=4193376+1370836+7434X+558000+182876+369600+24589+49162+414650+574469+1109605+(0.25+0.05)(52403+16461+110027X+339X+525X+1605X)计算得出X=111.74 Nm/h,总热量为12639167 KJ/h，即

28、每小时需液化气111.74 Nm.8.1.6 列出预热带与烧成带的热平衡表如下: 表8-1 预热带与烧成带热平衡表热 收 入热 支 出项目KJ/h%项 目KJ/h%1.坯体带入显热524030.411.产品带出显热419337633.172.棚板、支柱显热 164610.122.棚板、支柱显热 137083610.843.燃料化学显热1229441797.33.烟气带走显热138867510.994.助燃空气显热37879.80.304.窑墙、窑顶散热161534612.785.漏入空气显热58663.50.455.窑车积蓄和散热315979225.006.气幕显热179342.71.426.

29、物化反应耗热11096058.777.其它热损失10429108.25总 热 量12639167100.00总 散 热12639167100.008.2 冷却带热平衡计算8.2.1 热平衡计算基准及范围时间基准：1h； 温度基准：0；计算范围为：冷却带8.2.2 画出热平衡示意框图图8-2 冷却带热平衡示意图Q3产品带入显热； Q4棚板及支柱带入显热；Q9窑车带入显热； Q10冷却带末端送入散失之热；Q11产品带出显热 Q12 -棚板、支柱带出显热；Q13-窑车带走和向下散失之热；Q14-抽送干燥用的空气带走显热；Q15窑墙、窑顶散失之热； Q损-其他热损失。 8.2.3 热收入项目8.2.3

30、.1产品带入显热Q此项热量即为预热带、烧成带产品带出显热：Q=4193376 KJ/h8.2.3.2棚板、支柱带入显热Q此项热量即为预热带、烧成带产品带出显热：Q=1370836 KJ/h8.2.3.3 窑车带入显热Q 预热带、烧成带窑车散失之热约占窑车积、散失之热5%，而95%之积热带进冷却带。Q9=0.95×Q=0.95 ×3159791=3001801 KJ/h8.2.3.4 冷却带末端送入空气带入显热Q t=20,此温度下空气平均比热为:c=1.30kJ/(m)Q= Vtc=26V KJ/h 8.2.4热支出项目8.2.4.1 产品带走显热Q出窑时产品的质量为G=2

31、888 kg/h,出窑产品温度t=80,查表知此时温度下制品的平均比热为c0.9kJ/(kg)，根据公式可得：Q=Gtc=2888×80×0.9=207936 kJ/h8.2.4.2 棚板、支柱带出显热Q出窑棚板、支柱质量：G=977.3 kg/h，出窑棚板、支柱温度：t=80， 知此时棚板、支柱的比热为:c=0.84+0.000264t=0.86 kJ/(kg)，则 Q= Gtc=977.3×0.86×80=67238 kJ/h 8.2.4.3 窑车带走和向车下散失之热Q 此项热量占窑车带入显热的55%，Q=0.55×Q9=0.55×

32、;3001801=1650991 kJ/h 8.2.4.4 抽送干燥用的空气带走显热Q该窑不用冷却带热空气作二次空气，且气幕所用空气由冷却带间壁抽出，所以，热空气抽出量即为冷却空气鼓入量V。设抽送干燥器用的空气温度为200；此温度下的空气平均比热为：C=1.32kJ/(Nm) Q= VCt= V×1.32×200=264V kJ/h 8.2.4.5 窑墙、窑顶散失之热Q 在急冷带的窑体散热(22-27节)窑外壁温度取80,窑内壁平均温度为1005。a. 窑顶轻质高铝砖导热系数1=0.72 W(m)，厚度1=0.3m；耐火粘土砖导热系数2=1.56 W(m)，厚度2=0.22

33、m；单位热流量q=(1005-80)/(0.3/0.72+0.22/1.56)=1658.6w/m散热面积: A=(2.2+2.68)/2×13.2=32.2 m则Q=1658.664.4×32.2×2=106840 kJ/hb.窑墙轻质高铝砖导热系数1=0.73W(m)，厚度1=0.12m；耐火粘土砖导热系数2=1.58W(m)，厚度2=0.24；单位热流量q=(1005-80)/(0.12/0.73+0.24/1.58)=2924.6 w/m一侧窑墙散热面积:A=(1.15+1.65)/2×13.2=18.48m则二侧窑墙散热Q=2×292

34、4.6×18.48×2=216200 kJ/h 在快冷带的窑体散热(28-37节)此段温度范围为800-80,窑内壁平均温度440,窑外壁温度为40。a. 窑顶轻质高铝砖导热系数1=0.732W(m)，厚度1=0.3m；耐火粘土砖导热系数2=1.60 W(m)，厚度2=0.22m；单位热流量q=(440-40)/(0.3/0.732+0.22/1.60)=730.8 w/m 散热面积: A=(2.2+2.68)/2×33=80.5 m则Q=730.8×80.5×5=294220 kJ/hb. 窑墙轻质高铝砖导热系数1=0.74W(m)，厚度1=0.12m；耐火粘土砖导热系数2=1.62W(m)，厚度2=0.24；单位热流量q=(440-40)/(0.12/0.74+0.24/1.62)=1289 w/m一侧窑墙散热面积:A=(1.15+1.65)/2×33=46.2m则二侧窑墙散热Q=2×1289×46.2×5