隧道窑说明书doc

1、09景德镇陶瓷学院热能工程系 毕业设计说明书目 录1 设计任务书及原始资料51.1 景德镇陶瓷学院毕业设计（论文）任务书51.2 原始数据62 主要尺寸的确定82.1 棚板和立柱的选用82.2 装车方法及窑车车面尺寸82.3 窑长及各带长93 工作系统的确定104 窑体材料的确定114.1窑墙114.2 窑顶125燃烧计算145.1 燃烧所需空气量145.2 燃烧产生烟气量145.3 燃烧温度156物料平衡计算167 热平衡计算177.1 预料带、烧成带热平衡计算177.2冷却带热平衡计算219工程材料概算3110 后记3311 参考文献341 设计任务书及原始资料1.1 景德镇陶瓷学院毕业设

2、计（论文）任务书院（系） 热能动力工程 09年 1月 8 日专 业热能与动力工程班 级热工05学生姓名郑小涛指导教师周露亮题 目年产10万件陶瓷缸液化石油气隧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：陶瓷缸，规格：580×800 产品质量为66kg2、 产量：10万件/年；3、年工作日：330天；4、燃料：液化石油气；5、烧成合格率：90%；6、坯体入窑水分：0.5%；7、烧成周期：19小时；全氧化气氛8、烧成温度：1300，9、坯料组成:SiO2 AL2O3 CaO MgO FeO K2O Na2O TiO2 灼失65.7 20.04 0.32 0.23 0.34

3、3.12 0.20 4.9 4.8基本要求（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、绘制窑炉设计部分图纸；4、全部AutoCAD制作的图纸，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；工作进度计划：1、第14周：毕业实习，收集相关资料；2、第56周：查找资料，确定方案； 3、第78周：进行初步设计计算；4、第910周：详细计算并设计草图；5、第1114周：完成全部图纸；6、第15周：编制设计说明书；7、第16 周：整理全部材料，准

4、备答辩。1.2 原始数据1.2.1 入窑水分 0.5%1.2.2 线收缩率10%1.2.3 产品合格率 90%1.2.4 烧成周期19小时 1.2.5 最高烧成温度13001.2.6 气氛制度 全氧化气氛1.2.7 制品 陶瓷缸1.2.8 燃料 液化石油气 QDW=22000KCal/Nm31.2.9 年工作日330天/年1.2.10 气象资料夏季气压：749mmHg 夏季最高温度：36 冬季最低温度：-71.2.11 烧成工艺确定 (见图(1-1)烧成温度曲线)20 1050 6.84小时 预热带1050 1300 5.64小时 烧成带1300 1300 1.20小时 烧成带 1300 70

5、0 3.04小时 冷却带700 500 0.76小时 冷却带500 80 1.52小时 冷却图(1-1)烧成温度曲线2 主要尺寸的确定2.1 进窑坯体的尺寸 产品规格：580×800 线收缩率10% 进窑坯体的直径=产品直径÷（1-烧成收缩率）=580/（1-10%）=644.4mm 进窑坯体的高度h=产品高度÷（1-烧成收缩率）=800/（1-10%）=888.9mm 进窑坯体的规格644.4×888.9mm2.2 棚板和立柱的选用由于考虑到采用的燃料为液化石油气，进过净化处理不会污染制品；烧制的产品为陶瓷缸，采用裸烧方式即可满足要求。选用棚板的材料是

6、堇青石-莫来石，立柱的采用的是碳化硅空心方立柱，其体积密度为2.0g/cm3。 棚板尺寸：640×600×50mm立柱高： 597mm2.3 装车方法及窑车车面尺寸2.3.1 装车方法 为了装车方便，并使窑内温度均匀，快速烧成，采用单层装车的办法，即窑车只放一层制品。在窑的长度方向上设3块棚板，宽度方向设3块棚板。棚板间的间隙在长度方向上为30 mm，在宽度方向上为30 mm。根据装车方法确定窑车车面尺寸为：1990×2020mm。2.3.2 窑车窑内容车数30辆，则推车时间：19×60/30=38 min/车；推车速度：60/38=1.6车/小时。窑车

7、架高233mm，窑车衬面用四层65mm的轻质高铝砖，灰缝3mm最上面铺2层 70mm耐火纤维毯。窑车总高为：233+68×4=505mm。2.3.3 确定窑截面的尺寸根据窑车和制品的尺寸，窑内宽（预、冷）B取2160mm，为改善传热，烧成带加宽140mm，则烧成带内宽为2160+140=2300mm。窑内侧墙高（窑车装在面至拱脚）根据制品最大尺寸（并保留空隙）定为1182mm。拱心角a取30°，则拱高=0.08B=0.08×2300=183mm。为了避免火焰直接冲击制品，在车面与棚板间留火道，其高度为200mm高的火道。2.3.4 窑车车面上窑墙高设计由窑车棚板面

8、至窑顶设计尺寸：预热带：1140mm 烧成带：1365mm 冷却带：1135mm2.4 窑长及各带长 2.4.1 窑长的确定每车装载制品数为9件。 窑长L=m 窑内容车数：n=59.8/2.02=29.6辆，取30辆。 则窑车有效长为： 30×2.02=60.6m，最终确定窑长为60m全窑不设进车和出车室，所以总车数30+30=60辆。2.4.2 各带长度的确定根据烧成曲线： 预热带长=（预热时间×总长）/总烧成时间=21.6m 烧成带长=（烧成时间×总长）/总烧成时间=21.6m 冷却带长=（冷却时间×总长）/总烧成时间=16.8m2.4.3 全窑高窑

9、全高（轨面至窑顶）：预热带、冷却带为1140+529+200+230+214=2313mm；烧成带为 1541+529+512+218=2800mm。3 工作系统的确定3.1 排烟系统为了更好的利用烟气的热量能，采用准分散排烟的方式。在预热带18节设7对排烟口，烟气由各排烟口经窑墙内水平烟道进入窑内垂直烟管，经各个排烟分管汇总到排烟总管由排烟机抽出，一部分送干燥房，其余从烟囱排入大气。3.2 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，故窑顶采用三根风管，中间一根风管抽出烟气，两边的打入冷风，出风与进车方向成45度角；窑二侧墙内竖插管道，管壁开孔与进车方向成45度角。封闭气幕的风

10、源为外界空气。在16节搭18节设急冷气幕，冷风由窑墙两边的急冷风支管经19对急冷风口打入，气体喷出方向与窑内气体流动方向成90°，窑尾设置一道窑尾快冷风气幕，同时也作为窑尾封闭气幕，窑顶采用钢板风盒。3.3 燃烧系统在预热带至烧成带的7-15节相错布置对26烧嘴；在第7节后端至第九节窑车的车台面下每800mm布置一支烧嘴；在第10接车台面下每600mm布置一支烧嘴；在11至15节窑车车台面及窑墙上部每600mm布置一支烧嘴，每节4对烧嘴。助燃风全部为缓冷带抽出的热风。3.4 冷却系统3.4.1 急冷段为了缩短烧成时间，提高制品质量，坯体在700°以前应该急冷。采用直接急冷方

11、式，在窑墙的两侧上下设置19对喷风嘴，上9个下10个，急冷风支管直径d=48mm，直接向窑内喷入冷风。3.4.2 缓冷段缓冷采用间壁冷却的形式，在19后段至22节前段设置中空墙为间壁冷却。间壁才用=2.5mm耐热不锈钢板。并设置12对抽热口。3.4.3 快冷段在22节后段至24前段分上下两排设置16对快冷喷风口，气源为外界空气。并在顶部设置抽热口，由抽热风机送至干燥室和坯房。3.5 观火孔 在每个烧嘴对面设置一个观火孔，直径为40mm以方便观察火焰的效果和烧嘴的工作情况。3.6其它结构在预热带第6节末端设置一对漏沙槽，为了利于处理窑炉出现的事故，故全窑在15节末端设置一对事故处理口。测温孔：全

12、窑共设置16个测温口，在第2、4、6、8、10、18、20、24各放置一支K型热电偶，12、13、15节窑体上下个放置1支R 型热电偶10节也放置一支R型。4 窑体材料的确定4.1确定窑体的材料及厚度。以下各层材料及厚度汇总如下表：表41各层材料及厚度汇总表 (mm)窑体位置16节1925节 材质最高使用温度导热系数厚度窑顶内衬聚轻高铝砖14500.4150mm保温1050保温毯10500.0440mm79节内衬聚轻高铝砖14500.4230mm保温1260保温毯12600.120mm保温1050保温毯10500.0420mm1018节内衬JM26莫来石砖14000.33230mm保温1260

13、保温毯12600.120mm保温1050保温毯10500.0420mm内衬珍珠岩10000.5280mm保温1050保温毯10500.0420mm窑体位置16节窑墙内衬聚轻高铝砖14500.4230mm保温1050纤维毡10500.1540mm保温1050纤维毡10500.1550mm保温1050纤维毡10500.1570mm79节内衬聚轻高铝砖14500.4230mm内衬漂珠砖16700.3065mm保温1260保温毯12600.125mm保温1260保温板12600.120mm保温1050纤维毡10500.1550mm1016节内衬JM26莫来石砖14000.33230mm内衬聚轻高铝砖1

14、4500.4115mm保温1260保温毯12600.125mm保温1050保温毯10500.0425mm保温1050纤维毡10500.1550mm1718节内衬JM26莫来石砖14000.33230mm保温1260保温毯12600.120mm保温1260保温板12600.150mm保温1050纤维毡10500.1555mm1925节内衬聚轻高铝砖14500.4230mm保温1050纤维毡10500.1550mm保温1050纤维毡10500.1585mm4.2校验选材的合理性 选取烧成带最高问的为例进行校验 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。各材料的使用温度都

15、低于耐火度，都可以使用。 陶瓷窑炉的散热包括以下三个传热过程： 高温流体与平壁内表面之间的对流传热和辐射传热； 平壁内部的导热； 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(-ta)0.25+ 4.564/100-4/100/(-ta) （5-1） 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=(-ta)=14×（8

16、0-20）=840 W/m2 （5-2） 导热公式：q=(-)/(1/1+2/2) （5-3）5燃烧计算5.1 燃烧所需空气量该窑采用的燃料为液化石油气，查工业窑炉手册11 液化石油气低发热量,在本设计中取平均热值 QDW=22000KCal/Nm3 即QDW=92000 kJ/Nm3理论需氧量理论空气量 因为是气体燃料，取空气过剩系数a=1.1则实际空气量：Va=a×Va0=1.1×24.61=27.07 Nm3/Nm35.2 燃烧产生烟气量5.2.1理论烟气量理论烟气量 5.2.2 实际烟气量 Vg=Vg0+（a-1）Va0=26.47+(1.1-1.0)×2

17、4.61=28.93 Nm3/Nm35.3 燃烧温度5.3.1计算理论燃烧温度 =（QDw+VaCata+CfTf）/（VC）查表在t=1900时的烟气比热为C=1.67 kJ/(Nm3)，在室温20时空气比热为Ca=1.30 kJ/(Nm3)，液化石油气的比热为Cf=3.0kJ/(Nm3) ，代入公式得t=(92000+37.07×1.30×20+3.0×20)/（28093×1.67）=1920相对误差为：（1920-1900）/1920=0.52%<5%，认为合理。取高温系数n=0.8，则实际燃烧温度为0.8×1920=1536，比

18、烧成温度高出236以上，认为合理。6物料平衡计算6.1 每小时烧成干制品的质量Gm=600×1.6=960kg/h每小时进1.6车，每车装载制品600 kg6.2 每小时入窑干坯的质量 G1= Gm·=960×=1008 kg/h6.3 每小时欲烧成湿制品的质量G2= G1·=1008×=1018 kg/h6.4 每小时蒸发的自由水质量GW= G2- G1=1018-1008=10 kg/h6.5 每小时从精坯中产生的CO2质量6.5.1 每小时从精坯中引入的CaO和MgO质量 计算Gco= G1·CaO%=1008×0.3

19、2%=3.23 kg/hG= G1·MgO%=1008×0.23%=2.32 kg/h6.5.2 产生的CO2质量Gco= Gco·G·=5.09kg/h6.6 每小时从精坯中排除结构水的质量GipGip=G1×IL%- Gco=1008×4.8%-9.55=43.29 kg/h6.7窑具的质量Gb每车有16个支柱，12个横梁，9块棚板。共重约200 kgGb=200×1.6=320 kg/h7 热平衡计算7.1 预料带、烧成带热平衡计算计算基准：基准温度 0 时间基准 1小时热平衡示意图如下。图7-1预热带烧成带热平衡框图

20、7.1.1 热收入项目7.1.1.1 制品带入显热Q1 每小时入窑湿制品质量G0=1008/(1-0.01) =1018/h入窑制品温度t1=40 此时制品的比热C1=0.92 kJ/（ ）则：Q1= G0×C1×t1=1018×0.92×40=37462.4（kJ/h）7.1.1.2 棚板、立柱带入显热Q2每小时入窑棚板、立柱质量Gb=320kg/h入窑棚板、立柱温度t1=40 ，则此时棚板、立柱的比热C1=0.851 kJ/（ kg）则：Q2=Gb×C2×t2=320×0.851×40=10892.8 （kJ/

21、h）7.1.1.3 燃料带入的化学显热QfQd=92000 kJ/ Nm3入窑液化石油气温度：tf=20,此时液化石油气平均比热cf=3.0 kJ/(Nm3·)则：Qf=x(Qd+cf×tf)=x(92000+3.0×20)=92060 x （kJ/h）7.1.1.4 助燃空气带入显热Qa全部助燃空气作为一次空气，燃料燃烧所需空气量已求得：Va=27.07x Nm3/ Nm3助燃空气温度 ta=200,此时空气平均比热ca=1.30 kJ/(Nm3·)则：Qa= Va×ca×ta =27.07x×1.30×200=

22、7038.2x （kJ/h）7.1.1.5 从预热带不严密处漏入空气带入显热Qb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=24.61Nm3/ Nm3烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.1。Va/=x×（ag-af）×Va0=x(2.5-1.1)×24.61=34.454x （Nm3/h）漏入空气温度为ta/=20 此时 Ca/=1.30 kJ/(Nm3·)则：Qa/= Va/× Ca/× ta/=34.454x×1.30×20=895.80x （kJ/h）7.1.1.6 气幕带入显热Qm

23、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。不设搅拌气幕Qm=0 （kJ/h）7.1.2 热支出7.1.2.1 产品带出显热Q3出烧成带产品质量：G3=960 Kg出烧成带产品温度 ：t3=1300 查手册11，此时产品平均比热 ：C3=1.20 kJ/(kg )则：Q3=G3×C3×t3=960×1300×1.20=1497600 （kJ/h）7.1.2.2 棚板、立柱带出显热Q4棚板、立柱质量：G4=320 kg/h出烧成带棚板、立柱温度：t4=1300 此时棚板、立柱的平均比热：C4=0.84+0.000264t=0.84+0.

24、000264×1300=1.18 kJ/(kg· )则：Q4= G4×C4×t4=320×1.168×1300=490880 （kJ/h）7.1.2.3 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空气外，还有用于气幕的空气。用于气幕的空气的体积Vm=0 (Nm3/h)离窑烟气体积：Vg=Vg0+（ag-1）×Va0x+Vm 烟气温度为250此时烟气比热Cg=1.44 kJ/( Nm3·)则：QgVg×Cg×tg28.93+(2.5-1) ×24.61x+0×

25、1.44×25022818.24x （kJ/h）7.1.2.4 窑顶、窑墙散热Q5根据各段材料不同,并考虑温度范围不能太大,将预热带和烧成带分成三段计算 窑墙平均高度（2310+2800）/2=2565mm窑顶平均宽度（2940+3200）/2=3070mm 20-600 长14.4米,平均温度310 ,外壁温度80q1=136.7 W/mq2=109.00 W/mQa=136.7×3.07×14.4+109×2.56×14.4×2=14079.58 （kJ/h）600-900 长7.2米,平均温度750 q3=382.86 W/mq

26、4=327.63 W/mQb=382.86×3.07×7.2+327.63 ×2.56 ×7.2×2=20540.49 （kJ/h）900-1300 长14.4米，平均温度1100 q5=497.56 W/mq6=419.75W/mQc=497.56×3.07 ×14.4+419.75 ×2.56×14.4×2=52943.46 （kJ/h）Q5=Qa+ Qb + Qc =14079.58+20540.49+52943.46=87563.53 （kJ/h）7.1.2.5 窑车积蓄和散失之热Q6取

27、经验数据，占热收入的20%。7.1.2.6 物化反应耗热Q7自由水的质量 Gw=10 kg/h 烟气离窑的温度tg=250。制品中AL2O3含量为22.5%则可得：Q7=Qw+Qr=10×（2490+1.93×250）+43.29×2100×0.225=50179.53（kJ/h）7.1.2.7 其他热损失Q8取经验数据，占热收入的5%。7.1.2.8 列出热平衡方程由热平衡方程：热收入=热支出，有Q1+Q2+Qf+Qa+Qb+Qm=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q8解得x= 39.88 Nm3/h 单位燃耗：39.88/960=0.0415（标准

28、立方米/千克瓷） 单位热耗：0.0415×92000=3821.83(千焦/千克瓷)7.1.2.9 预热带、烧成带热平衡表预热带、烧成带热平衡表如表7-1所示。表7-1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37462.40.93产品带走显热149760037.02燃料化学显热367135290.96烟气带走显热909991.422.50助燃空气显热280683.46.95窑墙、窑顶带走显热87563.52.16漏入空气显热35724.50.89物化反应耗热50179.51.24棚板、立柱带入显热10892.80.27棚板、立

29、柱带出显热49088012.13气幕显热00窑车积、散热807223.219.96其它热损失201805.84.99总计4036115.9100总计4045243.41007.2冷却带热平衡计算计算基准：基准温度 0 时间基准 1小时热平衡示意图7-2图7-2冷却带热平衡框图7.2.1热收入项目：7.2.1.1 制品带入显热Q3此项热量即为预热、烧成带产品带出显热Q3=1497600 （kJ/h）7.2.1.2 棚板、立柱带入显热Q4此项热量即为预热、烧成带棚板、立柱带出显热 Q4=490880（kJ/h）7.2.1.3 窑车带入显热Q9预热带、烧成带窑车散失之热占积、散热的5%，而95%的积

30、热进入冷却带。则：Q9=0.95×Q6=807223.2×0.95=766862.04（kJ/h）7.2.1.4 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，则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=1.30 kJ/(Nm3·）. 则：Q10=Va×ca×ta=1.5Vx×1.30×20=39Vx（kJ/h）7.2.2 热支出项目：7.2.2.1 产品带出显热Q11出窑产品质量G11=960出窑产品温

31、度 t11=80， 产品比热 C11=0.896kJ/(kg·)Q11=G11×C11×t11=960×80×0.896=68812.8（kJ/h） 7.2.2.2 棚板、立柱带出显热Q12 出窑棚板、立柱质量G12=320 kg/h 出窑棚板、立柱温度t12=80， 棚板、立柱比热C12=0.861 kJ/（kg·）Q12= G12 × C12× t12=320×0.861×80=22041.6 （kJ/h）7.2.2.3 窑车带走和车下散失之热Q13此项热量占窑车带入显热的55%。 Q13=

32、0.55×Q9=0.55×766862.04=421774.12（kJ/h）7.2.2.4 窑顶、窑墙散热Q14根据各处的材料，并考虑温度范围不能太大，将窑墙分两段计算其向外散热 1300-800 长4.8米,平均温度1050 q1=473.17 W/mq2=551.14W/mQa=473.17 ×3.07×4.8+551.14×2.56 ×4.8×2=20472.45 kJ/h 800-80 长16.8米,平均温度440 q3=196.2 W/mq4=169.67W/mQb=196.2×3.07×16.

33、8+169.67 ×2.56 ×16.8×2=24713.54（kJ/h）Q15= Qa +Qb =20472.45+24713.54=45186.0 （kJ/h）7.2.2.5 从窑道内抽出热空气带走显热Q16假设抽出热空气平均温度ta=300，查得Ca=1.32 kJ/(Nm3·），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Va=1.5Vx Nm3。漏出空气忽略不记 则：Q16=Va×Ca×ta=1.5Vx×300×1.32=594Vx （kJ/h）7.2.2.6 它热损失Q17按占冷却

34、带热收入总量的10%计算。7.2.2.7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+Q16+Q17 0.90×(2646777.6+1452107.1+553296.81+39 Vx)=129167.36+70257.6+304313.25+100467.77+594Vx得：Vx =3438.9 Nm3/h 所以：窑尾风量3438.9 Nm3/h 急冷风量 1719.5 Nm3/h抽送热空气风量5158.4 Nm3/h7.2.2.8 冷却带热平衡表冷却带热平衡表如表7-2所示。表7-2冷却带热平衡表热 收 入热 支 出项

35、 目(kJ/H)(%)项 目(kJ/H)(%)产品带入显热149760051.83产品带出显热68812.82.38棚板、立柱带入显热49088016.99棚板、立柱带出显热22041.60.76窑车带入显热76686226.54窑体散热421774.114.60急冷、窑尾风带入显热134117.14.64窑车带走和向车下散失显热45186.01.56抽热风带走显热2042706.670.70其它散热288945.910合计2889459.1100合计2889407100 8.3 烧嘴的选用由于全窑共有52个烧嘴，且每小时燃料的消耗量为39.88m3，考虑每个烧嘴的燃烧能力和烧嘴燃烧的稳定性，

36、取安全系数1.5，所以每个烧嘴的燃烧能力为39.88×1.5/52=1.15Nm3/h则每个烧嘴的热负荷为1.15×92000=105800 kJ/h查工业炉设计手册 P192，选用低压涡流式液化石油气烧嘴，其燃烧能力V=10 Nm3/h。9工程材料概算确定了窑墙的材料及厚度，决定了窑的结构后，可进行窑体所需材料的概算。通过材料概算可以预备资金，预购材料，使窑炉工作不致盲目。V=l×B×h9.1 聚轻高铝砖（230×150×97mm）在16节及1925节窑顶砌有厚度150mm，所以砌有聚轻高铝砖的窑顶体积为 =0.15×2.

37、94×13×2.4=13.76 m3共需聚轻高铝砖13.76/（0.150×0.230×0.097）=4112块。在79节窑顶砌有厚度230mm聚轻高铝砖，所以砌有聚轻高铝砖窑顶体积为 =0.23×2.94×3×2.4=4.87 m3 共需聚轻高铝砖 4.87/（0.150×0.230×0.097）=1456块在19及1925两侧窑墙砌有厚度230mm聚轻高铝砖，所以砌有聚轻高铝砖窑抢体积为 =0.23×1.34×2×16×2.4= 23.67m3共需聚轻高铝砖 23.67/（0.150×0.230×0.097）=7073块总共需聚轻高铝砖4112+1456+7073