日产14吨砂轮天然气隧道窑设计毕业设计

热能工程系毕业设计说明书86米天然气砂轮隧道窑设计PAGE65-日产14吨砂轮天然气隧道窑设计目录TOC\o"1-2"\h\z1总论 81.1概述 81.2研究结论 151.3综合技术经济指标表 172市场预测 192.1二甲醚的性质和用途 192.2二甲醚的国内外生产情况 222.3二甲醚国内外消费情况和市场预测 263产品方案和生产规模 323.1产品方案 323.2生产规模 323.3二甲醚产品质量指标 324工艺技术方案 334.1国内外生产工艺开发概况 334.2工艺技术的比较与选择 354.3工艺流程简述 384.4消耗定额 394.5自控技术方案 394.6主要工艺设备 414.7标准化 425原材料、辅助材料、燃料和动力供应 445.1原料供应 445.2辅助材料供应 445.3燃料供应 455.4动力供应 456建厂条件及厂址方案 476.1地理位置 476.2厂址方案 497公用工程和辅助设施方案 517.1总图运输 517.2给排水 547.3电气 547.4供热 607.5仪表空气站 607.6工厂外管 617.7维修 617.8分析化验 617.9土建 618节能 648.1能耗指标 648.2节能措施 649环境保护 659.1建设地点地理位置 659.2执行的环境质量标准和排放标准 659.3主要污染源及主要污染物 669.4环保治理措施及预期效果 679.5环境管理及监测 689.6清洁生产与总量控制 689.7绿化设计 719.8环保投资 719.9结论与建议 7210劳动保护、安全卫生与消防 7310.1劳动保护与安全卫生 7310.2职业卫生防护的措施 7410.3消防 7511工厂组织和劳动定员 7911.1工厂体制和管理机构 7911.2生产班制和定员 7911.3人员的来源和培训 8012项目实施规划 8112.1建设周期的规划 8112.2项目实施进度规划 8113投资估算和资金筹措 8313.1投资估算 8313.2资金筹措 8414经济效益和社会效益的评价 8614.1经济评价的基本参数 8614.2产品成本和费用估算 8714.3财务分析 8714.4社会效益分析 8815结论与建议 8915.1工艺技术 8915.2经济评价 8915.3社会效益 8915.4存在的问题和建议 90前言目前，国内磨具行业大多数企业都采用的是自吸式梭式窑烧成技术。而且这些梭式窑中的大多数没有余热利用装置，造成大量热量损失，故产品能耗较高。由于现在能源价格不断上涨，加之磨具的烧成周期比较长，间歇式生产已经不能满足日益扩大的产品需求。上述缺点已经严重影响到磨具行业尤其是需要发展的中小磨具企业的发展。这就需要提高劳动生产效率，降低产品能耗，节省成本开支。那么更改烧成方式，即更换磨具烧成的窑炉类型，将是一个很好的解决途径。本次设计的天然气隧道窑便是很好的选择。本窑炉采用轻质耐火保温材料和高速调温烧嘴，对余热进行集中利用，产品能耗较低，实现了自动化控制，连续式生产，大大提高了生产效率。下面将对本隧道窑设计进行详细说明。2设计任务书专业热能工程班级04热工（2）班学生姓名郑绪海指导教师周露亮题目日产14吨砂轮天然气隧道窑设计主要研究内容和设计技术参数：1、产品种类：刚玉陶瓷砂轮2、日产量：14吨3、年工作日：330天4、成品率：≧98％5、烧成温度:13206、燃料：天然气，Qnet,ar=36000KJ/M37、坯体入窑水分：0.3%8、烧成周期:160h9、气氛制度：全窑氧化气氛10、窑型选择：、窑车式、明焰烧成隧道窑基本要求（含成果要求）：1、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2、图纸清晰干净，规范齐全图纸包括：工艺基础图、窑体砌筑总图、主要结构的剖面图、管路总图、钢架结构图、异型砖图等。3、说明书完整详细。4、符合计算机绘图，外文应用等毕业设计要求。工作进度计划：1、第1~4周：毕业实习，收集相关资料；2、第5~6周：查找资料，确定方案；3、第7~8周：进行初步设计计算；4、第9~10周：详细计算并设计草图；5、第11~14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，准备答辩。3烧成制度的确定3.1磨具热工过程简介3.1.13.1.1.1低温阶段（室温——300℃排除自由水和吸附水，该阶段为纯物理变化，坯体强度很低；3.1.1.2分解氧化阶段（300℃——850粘土类矿物排除结晶水；粘结剂的碳化及燃尽；粘土中硫化物、碳素及有机物的氧化及碳酸盐的分解；5730℃时，石英的晶型转变，坯体体积膨胀0.82%；水玻璃、硼玻璃的熔融；3.1.1.3高温阶段（850℃——此高温阶段为磨具的烧结阶段，磨具坯体逐渐达到烧结，形成一个致密体，即磨具的组织结构，发生的化学反应有：=1\*GB3①未脱完结晶水的部分粘土矿物在1000℃前，继续排除结晶水；=2\*GB3②坯体中的铁化合物进行分解和还原；=3\*GB3③粘土矿物分解出无定形Al2O3和SiO2，在950℃左右时开始转变为γ-Al2O3，1100℃以上时生成莫来石。结合剂中有滑石时，高温下与粘土反应生成堇青石。3.1.2保温阶段在最高烧成温度下，进行一定时间的保温，使窑内的各个部位及磨具内外的温度趋于一致。并继续高温阶段的物理化学反应，玻璃相熔融均化，生成的新结晶及残余的未熔化的颗粒，得到进一步扩散和反应，结合剂中残留气体尽可能排除掉，固液相之间共趋于平衡，磨具的质量达到一致。3.1.3冷却阶段3.1.3.1急冷阶段（保温结束——800℃陶瓷结合剂一般在800℃3.1.3.2退火阶段（800℃——此阶段为缓冷阶段，应控制适宜的冷却速度，并使窑内具有均匀的温度场，防止制品开裂。3.1.3.3低温冷却阶段（450℃——冷却速度可适当加快，仍需控制速度及均匀的温度场。3.2确定烧成制度温度段所需时间20℃——40h920℃——34h1260℃9h1260℃——86h详细烧成曲线详见图纸T-SD-86-SCQX。4窑体主要尺寸的确定4.1断面及装车图本窑内宽1500mm,窑内宽:1500mm，窑车规格:1400mm*1600mm，装载断面：1300mm（W）*950mm（H），火道高度H=200mm,分三层装载，断面及装载尺寸如下（图4-1）。图4-1断面及装车图示意图从墙体底层到车台面为5.5层砖（最下面一层是厚度为32mm），高度为：67*5.5=368.5mm。窑内高随窑长方向会有所变化，详见砌筑总图。本窑采用吊顶和拱顶相结合，即预热带、冷却带和部分烧成带采用平顶，烧成带高温段采用拱顶结构。4.2窑长及各段长度根据公式：窑长L=日产量：14吨/天烧成周期：按160h计算成品率：≧98％，按98％计算装窑密度：取某厂烧成车间经验数据，1.11吨/米窑长代入公式，求得：L==85.8米取L=86米，即有效窑长。根据烧成曲线，预热带长==*86=21.5米烧成带长==*86=18.3米冷却带长==*86=46.2米每辆窑车长1600mm，则窑内共有窑车数：=53.75，取54辆。推车速度：V==0.54m/h,即54cm/h。推车时间：T==2.96h/车，约3h/车。每小时推车数：n==0.34车/h。窑体及工作系统的确定和说明在此，将对窑体、燃烧系统、通风系统、输送系统及附属装置、控制和调节系统几个部分逐一作详细说明。5.1窑体以2米为一个模数单元节，全窑86米，共有43节。窑体由窑墙主体、窑顶和钢架组成窑体材料由外部钢架结构（包括窑体加固系统和外观装饰墙板）和内部耐火隔热材料衬体组成。砌筑部分，均采用轻质耐火隔热材料。窑墙、窑顶和窑车衬体围成的空间形成窑炉隧道，制品在其中完成烧成过程。5.1.1钢架每一钢架长度为2米，含钢架膨胀缝。全窑共43个钢架结构，其高度、宽度随窑长方向会有所改变。钢架主要由轻质方钢管、等边角钢等构成，采用焊接工艺，并在焊接处除去焊渣、焊珠，并打磨光滑。常用如下规格方钢管：□70*50*4（mm）、□50*50*3（mm）、∠40*40*3（mm）等。每两节钢架之间在上、中、下部位各用一个膨胀螺丝连接。钢架膨胀缝为12mm（10mm厚螺丝一个、1mm厚螺丝垫圈2个）。在钢架坐椅上铺（采用焊接工艺）一层厚度为2——3mm的钢板，窑墙直接砌筑在此钢板上。钢架承担着窑墙和窑顶及附属设备的全部重量。5.1.2窑墙窑墙采用轻质耐火隔热材料。常用材质如下：JM-26、JM-28莫来石砖、聚轻高铝砖、轻质高铝砖、轻质粘土砖、多晶棉块、含锆散棉、硅酸铝棉等耐火纤维。窑墙砌筑在钢结构上。每隔两米留设20mm左右的热膨胀缝，用含锆散棉填实。窑墙最外面用10mm厚的碳酸钙板，在烧成带的高温部分的内衬贴一层厚度为50mm的多晶棉块。5.1.3窑顶窑顶由平顶和拱顶两种方式相结合构成。预热带、冷却带和部分烧成带采用平顶，烧成带高温段采用拱顶结构。由于平顶比拱顶高度小，此时平顶相当于形成上部挡墙结构，阻止高温气体流向预热带和冷却带。同时，在烧成带末、急冷段前沿拱顶面用工字砖砌筑上部挡墙结构，其形状为弯月。挡墙与平顶砖面在同一水平高度。拱顶用拱脚砖和楔形砖砌筑而成。拱顶通过拱脚砖和拱脚梁支撑在两侧窑墙上。拱顶产生一个横推力，这个横推力通过拱脚梁传递给钢架。拱脚梁多采用10#或12#槽钢，在拱脚处沿窑长方向水平安装。本设计采用标准拱，并取拱心角α=60°，则窑内宽等于拱半径，此时，f=0.13B.见图5-1。图5-1拱顶示意图吊顶是由吊顶板或吊顶砖和角钢或细钢筋等组成的。角钢直接焊接在窑顶钢架上，细钢筋则是做成钩状挂在窑顶钢架上。吊顶板或吊顶砖与角钢或细钢筋紧固。这样，窑顶的重量也由钢架承担。在预热带和冷却带的窑顶上，铺一层保温棉，在烧成带的窑顶上，铺两层耐火棉。窑体材料的轻质化，可大大减少窑体蓄热，对停窑、烘窑等非稳态传热过程有很大好处，有利于快速烘窑。同时，窑体热容对窑温的自动控制也有好处，可以明显减轻温度滞后现象。5.1.4检查坑道和事故处理孔由于现代陶瓷磨具隧道窑制品装载高度小，而且车上硼板架稳定，极少发生倒窑事故。即使发生窑内卡车或者其他事故，也可停窑，能够快速冷却下来，再进行处理，对生产影响不大。因此该隧道窑不设置窑内车下检查坑道。这样既简化了窑炉基础结构，减少了施工量和难度，又降低了成本，窑体保温也得到明显改善。在冷却带前段设置一对事故处理孔，其形状如一拱形门。用耐火砖和耐火纤维封严。留一活动砖，取下砖时，可以观看测温锥的弯曲情况，并可取出放在测温锥旁的砂轮样品，观看其颜色，判断烧成情况。5.1.5曲封、砂封和车封窑墙与窑车之间、窑车与窑车之间做成曲折封闭。曲封面贴一层高温耐火棉。窑车之间要承受推力，所以在窑车接头的槽钢内填充散棉，以防止上下漏气。砂封是利用窑车两侧的厚度约6——8mm的钢制裙板，窑车在窑内运动时，裙板插入窑两侧的内装有直径为1——3mm砂子的砂封槽内，隔断窑车上下空间。砂封槽用厚度3mm左右的钢板制作而成，且留有膨胀缝。在预热带头尾部窑墙上各设置一对加砂斗。曲封砂封示意图5—1曲封车封示意图5—25.1.6窑炉基础、拖车道基础、回车线基础用毛石、混凝土或钢筋混凝土、三七灰土三层夯实。5.2燃烧系统5.2.1燃气天然气站供气至窑旁燃气控制柜。燃气经主管、支管送至烧嘴。5.2.2燃烧设备及布置此窑采用小功率多分布高速调温烧嘴的布置方式。两侧垂直和水平交错排列，这样有利于均匀窑温和调节烧成曲线。下部烧嘴喷火口对准装载制品的下部火道，上部烧嘴喷火口对准装载制品上方的拱顶部分。烧嘴砖直接砌筑在窑墙上，采用磷酸盐材质。烧嘴的具体布置情况为：8——19节下部设置18对共36只，13——19节上部设置19只（一侧10只，一侧10只）。烧成带前部的部分烧嘴和上部烧嘴可能不开，为调节烧成曲线，增加产量留设备用。5.3通风系统5.3.1窑头气幕及搅拌风5.3.1.1在窑头，窑顶及两侧窑墙上设置一道气体帘幕，减少窑头漏进冷风量。由于风源同助燃风，即冷却带抽出的热风，可以起到预热制品的作用。5.3.3在第2——5节的上部窑墙上，每节各设置一对搅拌风管。风源同助燃风。以起到有效克服预热带上下温差的作用。5.3.22-8车位每车位近车台面处布置一对排烟口，共8对。为更好调节预热带温差，靠近烧成带的3对交错布置，其余对称布置。垂直支烟道由耐火砖直接在窑墙体中砌筑而成。高出窑墙部分，由薄钢板卷扎成的管道连接。垂直支烟道汇集至窑顶上方的水平主烟道。主烟道连接至排烟风机，风机连接烟囱。烟气经排烟口、垂直支烟道、水平主烟道、排烟风机、烟囱，最终排往大气。每个垂直支烟道以及排烟风机均设置有闸板，闸板上标记有刻度线，方便调节烟气量来达到调节预热带温差的目的。排烟风机设有两台，一开一备。为减少烟气热量散失到空气中，降低车间环境温度，减轻工作劳动强度，对裸露在室内空气中的排烟支、主金属管道以及烟囱管道，包裹一层耐火棉。5.3.3助燃风风源为冷却带抽出的热风，这样可以有效降低产品能耗。助燃风机与余热风水平主管道相连接。助燃风从助燃风机出来，经水平主管道、垂直管道送至烧嘴。为减少助燃风热量损失，提高助燃风温度，在水平助燃风主管道上，包裹一层耐火棉。助燃风机设有两台，一开一备。5.3.4车下风风源为室内冷空气。在11——20节，由车下风风机抽冷空气直接送至窑下，每隔3m一个车下风分管。5.3.5在第20节设置一道急冷气幕，急冷风从窑顶及两侧窑墙吹入窑内。在紧接着的第20、21节的窑墙上，在上下部各设置6对急冷风管。急冷风风源同助燃风。5.3.6第22、23、25、27、29、31、33、35—39节，近车台面处，在下部各设置一对抽余热风口；30、32、34节，在上部各设置一对抽余热风口，40、41、42节，在窑顶上各设置一个抽热风罩。余热风经余热风口、窑墙中的垂直支道、墙外金属垂直支道、水平主管道、风机，然后被用作助燃风和干燥窑的干燥热风。水平主管道一端接助燃风，另一端接余热风机。26节处、第40节风罩前，在水平主管道设置各有一个闸板。因此，前部分余热被抽走用接助燃风机，作助燃风以及气幕、搅拌风；中间部分抽走的热风接余热风机，则用于干燥窑（房）的干燥热风；后部分抽走的热风接冷却风机，用于窑尾部分的冷却。5.3.7第30——42节，每节各设置上、下共两对（组）冷却风管。冷却风管接水平冷却风主管，水平主管接冷却风机。5.4输送系统及附属装置隧道窑内铺设轨道，轨道安放在钢架上的轨道垫板上，用螺丝联结并焊接。窑车是制品运输的载体。窑车底架由槽钢、钢板等经螺丝联结、焊接而成。在窑头和窑尾各有一手动拖车道，每拖车道上有一辆拖车。窑外有一条手动回车线。拖车轨道和窑内轨道和回车线轨道相连接，并在同一水平面上。空窑车在回车线上装载制品，然后推到拖车上，将拖车推到窑头，再用顶车机将窑车推入窑内，窑车从窑尾出来经拖车道送至回车线，并在回车线卸载制品。窑头装有油压顶车机。根据设定好的推车速度，顶车机将窑车顶入窑内。顶车速度可调。拖车道和回车线轨道直接装在轨道垫板上。在自动回车线上设置有一个窑车下检查坑道，深约1.5米，其长宽尺寸同窑车大小，用来检修运行不良的窑车。在回车线前部和后部，各设置一道安全检查门，其断面尺寸和窑头断面、曲封尺寸一致。检查门用多块薄钢板制作而成，用螺丝联结，可以调整其高度和宽度。5.5控制和调节系统5.5.1工作原理本窑的控制系统采用分散控制的方法，既可在控制柜内统一控制，也可进行现场控制。该系统主要包括动力控制、热工控制、报警装置及安全保护系统。5.5.2动力控制所有风机均采用直接启动方式，手动控制，在窑炉控制柜上设置风机开启/关闭按钮，直接集中控制和统一调节。只要按一下某风机启动按钮，与该风机配套的接触器衔铁便接通风机电源。5.5.3运行安全保护系统及报警系统为了保证该隧道窑在正常工作条件下安全运行，防止窑炉在燃烧系统的某一环节出现故障时供天然气的部分继续向窑炉烧咀供应天然气而造成损坏或事故。本窑设有安全运行保护系统，当出现以下故障时，要立即关闭天然气主管上手动阀门，从而关闭天然气。此外，为严密监控窑各关键部位的运转情况，本窑设置了故障报警系统。控制柜上设置有报警显示仪：当监视的任一部件出现故障时，即出现声光报警，以便操作人员及时发现和处理故障。5.5.4热工控制系统5.5.4.1烧成带温度的控制本窑共设有10个控制回路,（其中8点为自动控制回路）对各控制点是进行独立控制，8点均用于窑段对应的调节单元的温度调节,由于为富氧燃烧，只需调节燃气量，就可达到调节窑温的目的。现就一个单元简述一下温度调节的过程:每个温度调节单元主要有温控调节器、执行器、执行器带动的蝶阀、烧咀和热电偶几个主要部分组成。调节单元正常工作时，温控调节器中要输入一个设定温度值，单元热电偶来实测窑内本单元的温度，并通过温度传感器把该温度的毫伏信号送回到温控调节器，使其与设定温度比较，如果实测温度低于设定温度，温控调节器就会输出一个信号，使执行器带动蝶阀向开大天然气的方向变化，直到实测温度与设定温度相同。如果实测温度高于设定温度，调节过程与此类似，只是电动执行器带动蝶阀向开度小的方向变化，以减少烧咀喷出的天然气量，使窑温下降。5.5.4.2预热带和冷却带的温度控制预热带和冷却带温度控制的手段主要是通过调节排烟总闸、排烟支阀、各种气幕、抽余热总闸、支阀以及冷却风闸等来实现的。所有闸板和阀门都标记有刻度线，方便调节。6窑体材料和厚度的确定6.1窑体材料和厚度的确定原则窑体所采用的材料及其厚度应该满足各段使用性能要求，综合考虑各处的温度对窑墙、窑顶的要求，窑体表面最高温度限制以及砖形、外观整齐等方面的因素，确定窑体材料和厚度见如下。6.2窑墙材料和厚度的确定窑墙材料和厚度见下表（表6—1）。表6—1窑墙材料和厚度表温度段(表温℃)该段长度(m)重质粘土砖(mm)珍珠岩(mm)硅酸钙硬板(mm)聚轻高铝砖(mm)硅酸铝棉(mm)JM-26莫来石砖(mm)多晶贴棉块(mm)JM-28莫来石砖(mm)高铝针刺毯(mm)轻质高铝砖(mm)该段厚度(mm)20—450823014010380450—600410230140380600—9001210115225230580900—1170141011515550230205801170—1260410115245230206201260—119010101152252305801190—900610230225115580900—8001010230140380800—450610140230380450—8012230140103806.3窑墙材料和厚度的确定窑顶材料和厚度见下表（表6—2）。表6—2窑顶材料和厚度表温度段(表温℃)该段长度(m)重质粘土板(mm)硅酸铝棉(mm)聚轻高铝吊顶砖(mm)JM-26莫来石拱砖(mm)多晶贴棉块(mm)JM-28莫来石拱砖(mm)JM-28莫来石吊顶砖(mm)高铝针刺毯(mm)20—450820100450—6004100250600—90012150250900—11701415050250201170—12604150320201260—1190101502501190—9006100250900—8001050250800—450620100450—8012201007燃料燃烧计算7.1助燃空气量计算所用燃料为天然气，低位发热量：Qnet,ar=36000KJ/m3。查工具书，得理论空气燃烧计算式（原国家标准总局推荐），Va0=0.264*+0.02(m3/m3)则理论空气需要量为：Va0=0.264*+0.02=9.524(m3/m3)取空气过剩系数为1.25，则实际需要空气量为：Va= qv,a=αVa0=1.25*9.524=11.905(m3/m3)7.2烟气量计算查工具书，得理论空气燃烧计算式（原国家标准总局推荐），V0=0.264*+1.02(m3/m3)则理论烟气量为：V0=0.264*+1.02=10.524(m3/m3)实际烟气量为：V=V0+（α-1）Va0=10.524+（1.25-1）*9.524=12.905(m3/m3)7.3燃烧温度计算天然气温度tf=20℃,Qnet,ar=36000KJ/M3，查表，cf=1.56kJ/(m3.k)。助燃风平均温度ta=200℃，查表，ca=1.026kJ/(m3.k)。先计算理论燃烧温度，tth==整理得到：12.905ctth=38477假设t／th=1700℃，查表得此时，c／=1.67,则：12.905*1.67*1700=36637.3﹤38477假设t〃th=2073℃，查表得此时，c〃=1.6849,则：12.905*2073*1.6849=45074.6﹥38477=tth=1781.3取高温系数η=0.8，实际燃烧温度tp=ηtth=0.8*1781.3=1425℃。物料平衡计算每车产品质量：（1.11吨/米窑长）*（1.6米/车）=1.78吨/车=1780kg/车。每小时产品质量：（0.34车/小时）*1.78吨/车=0.61吨/小时=610kg/小时。坯体入窑水分为0.3%，每小时入窑湿坯质量为：（0.61吨/小时）/（1-0.3%）=0.612吨/小时=612kg/小时，所以每小时自由水入窑量为：0.612-0.61=0.002吨/小时，即2kg/小时。经计算，每辆窑车上的硼板、支柱的重量为485kg/车，每小时窑具入窑重量为：485kg/车*0.34车/小时=165kg/小时。取装车经验数据，砂轮垫砂（二氧化硅含量达99.9%的石英砂）的重量约为砂轮重量的5%，则每小时砂轮垫砂入窑重量为：（612kg/小时）*5%=30kg/小时。9预热带和烧成带的热平衡计算9.1确定热平衡计算的基准、范围本次计算选用1小时为计算基准，以0℃作为基准温度。以预热带和烧成带为计算范围。9.2热平衡示意图图9-1预热带和烧成带的热平衡示意图Q1—坯体带入显热；Q2—硼板、支柱等窑具带入显热；Q3—垫砂带入显热；Qf—燃料带入化学热及显热；Qa—助燃空气带入显热；Q/a—预热带漏入空气带入显热；Qs—气幕、搅拌风带入显热；Q4—产品带出显热；Q5—硼板、支柱等窑具带出显热；Q6—窑墙、顶总散热；Q7—垫砂带入显热；Q8—物化反应耗热；Q9—窑车蓄热和散失热量；Qg—烟气带走显热；Q10—其他热损失；9.3热收入项目9.3.1坯体带入显热Q1Q1=G1C1T1其中：G1—入窑制品质量（Kg/h）；G1=612Kg/h；T1—入窑制品的温度（℃）；取室温，T1=20C1—入窑制品的平均比热（KJ/（Kg·℃））；T1=20℃比热容为C1=1.02KJ/（Kg·℃）；Q1=G1C1T1=612*1.02*20=124859.3.2硼板、支柱等窑具带入显热Q2Q2=G2C2T2其中：G2—入窑硼板、支柱等窑具质量（Kg/h）；G2=165Kg/h；T2—入窑硼板、支柱等窑具的温度（℃）；取室温，T2=20C2—入窑硼板、支柱等窑具的平均比热（KJ/（Kg·℃））；碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算：C2=0.963+0.000147t=0.963+0.000147*20=0.966KJ/（Kg·℃）Q2=G2C2T29.3.3垫砂带入显热Q3Q3=G3C3T3其中：G3—入窑垫砂质量（Kg/h）；G3=30Kg/h；T3—入窑垫砂的温度（℃）；取室温，T3=20C3—入窑垫砂的平均比热（KJ/（Kg·℃））；垫砂的平均比热容按下式计算：C3=0.963+0.000147t=0.963+0.000147*20=0.966KJ/（Kg·℃）Q3=G3C3T3=30*20*0.966=5809.3.4燃料带入化学热及显热QfQf=（Qnet,ar+TfCf）x（kJ/h）其中：Qnet,ar—所用燃料低位发热量（KJ/m3）；燃料为天然气，低位发热量为：Qnet,ar=36000KJ/m3；Tf—入窑燃料温度（℃）；入窑天然气温度为Tf=20℃Cf—入窑燃料的平均比热容（KJ/（Kg·℃））；查表，Tf=20℃时天然气平均比热容为：Cf=1.56KJ/（Kg·℃）x—设每小时天然气的消耗量为x（m3/h）；Qf=（Qnet,ar+TfCf）x=（36000+20*1.56）x=36031xkJ/h9.3.5助燃空气带入显热QaQa=qv,aCaTa（kJ/h）其中：qv,a—入窑助燃风流量（m3/h）；前面燃烧部分计算得：qv,a=Va*x=11.905x(m3/h)；Ta—入窑助燃风的平均温度（℃）；助燃风用冷却带抽出热风，Ta=200℃；Ca—入窑助燃风的平均比热容（KJ/（Kg·℃））；查表，Ta=200℃比热容为：Ca=1.026KJ/（Kg·℃）；Qa=VaCaTa=11.905*200*1.026x=2443xkJ/h9.3.6从预热带不严密处漏入空气带入显热Q/aQ/a=q/v,aC/aT/a（kJ/h）其中：q/v,a—漏入空气流量（m3/h）；取预热带烟气中空气过剩系数αg=2.5;烧成带燃料燃烧时,空气过剩系数αf=1.29;q/v,a=x(αg-αf)Va0=(2.5-1.25)9.524x=11.905xm3/hT/a—漏入空气的平均温度（℃）；漏入空气的平均温度为T/a=20℃C/a—漏入空气的平均比热容（KJ/（Kg·℃））；查表，T/a=20℃比热容为：C/a=1.3（KJ/（Kg·℃））；Q/a=q/v,aC/aT/a=11.905*1.3*20=309.5x（kJ/h）9.3.7气幕、搅拌风带入显热QsQs=qsCsTs（kJ/h）其中：qs—气幕、搅拌风流量（m3/h）；按一道气幕,8个搅拌风管（Φ=60mm,δ=3.5mm）,风速ν=13m/s，经计算，qs=1300m3/h；Ts—气幕、搅拌风的平均温度（℃）；气幕、搅拌风的风源同助燃风，但考虑到管道散热，取其平均温度Ts=100℃;Cs—气幕、搅拌风的平均比热容（KJ/（Kg·℃））；查表，Ta=100℃助燃风时平均比热容为：Ca=1.009KJ/（Kg·℃）；Qs=qsCsTs=1300*100*1.009=131170（kJ/h）9.4热支出项目9.4.1制品带出显热Q4Q4=G4C4T4其中：G4—出烧成带制品质量（Kg/h）；出烧成带制品质量G4=610Kg/h(不考虑灼减)；T4—出烧成带制品的温度（℃）；出烧成带制品的温度T4=1320℃;C4—出烧成带制品的平均比热（KJ/（Kg·℃））；查手册,T4=1320℃时，棕刚玉砂轮平均比热容为C4=1.25KJ/（Kg·℃）；Q4=G4C4T4=610*1.25*1320=10065009.4.2硼板、支柱等窑具带出显热Q5Q5=G5C5T5其中：G5—出烧成带硼板、支柱等窑具质量（Kg/h）；出烧成带硼板、支柱等窑具质量G5=G5=165Kg/h；T5—出烧成带硼板、支柱等窑具的温度（℃）；出烧成带硼板、支柱等窑具的温度取最高烧成温度，T5=1320℃C5—出烧成带硼板、支柱等窑具的平均比热（KJ/（Kg·℃））；碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算：C5=0.963+0.000147t=0.963+0.000147*1320=1.157KJ/（Kg·℃）Q5=G5C5T5=165*1320*1.157=2519959.4.3窑墙、窑顶散失热量9.4.3.120—450℃该段长度为8米，窑外壁表面平均温度25℃，窑内壁表面平均温度：（20+450）/2=235℃9.4.3.1.1窑墙部分散热计算此部分用材料如下：重质粘土砖，厚度δ=230mm，导热系数0.7w/（m·℃）；珍珠岩，厚度δ=140mm，导热系数0.06w/（m·℃）；硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/（m·℃）；热流q1==74.87w/m2不考虑车台面以下部分的窑墙散热，窑内高按1293mm计算，单侧窑墙散热面积：A1=1.293*8=10.34m2则两侧窑墙散热量：Q/1=2*74.87*10.34*3.6=5576（kJ/h）9.4.3.1.2窑顶部分散热计算此部分用材料如下：重质粘土板，厚度δ=20mm，导热系数0.7w/（m·℃）；硅酸铝棉，厚度δ=100mm，导热系数0.24w/（m·℃）；热流q2==471.66w/m2此部分窑墙厚度δ=380mm窑顶散热面积：A2=*8=15.04m2窑顶散热量：Q/2=15.04*471.66*3.6=25538（kJ/h）所以，20—450℃段的窑体散热总量为：Q/3=Q1+Q2=5576+25538=31114（kJ/h）9.4.3.2450—600℃该段长度为4米，窑外壁表面平均温度35℃，窑内壁表面平均温度：（600+450）/2=525℃9.4.3.2.1窑墙部分散热计算此部分用材料如下：硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/（m·℃）聚轻高铝砖，厚度δ=230mm，导热系数0.45w/（m·℃）硅酸铝棉，厚度δ=140mm，导热系数0.24w/（m·℃）热流q4==396w/m2不考虑车台面以下部分的窑墙散热，窑内高按1240mm计算，单侧窑墙散热面积：A4=1.240*4=4.96m2则两侧窑墙散热量：Q/4=2*396*4.96*3.6=14142（kJ/h）9.4.3.2.2窑顶部分散热计算此部分用材料如下：聚轻高铝吊顶砖，厚度δ=250mm，导热系数0.45w/（m·℃）；硅酸铝棉，厚度δ=100mm，导热系数0.24w/（m·℃）；热流q5==504w/m2此部分窑墙厚度δ=380mm窑顶散热面积：A5=*4=7.52m2窑顶散热量：Q/5=7.52*504*3.6=13644（kJ/h）所以，450—600℃段的窑体散热总量为：Q/6=Q/4+Q/5=14142+13644=27786（kJ/h）9.4.3.3600—900℃该段长度为12米，窑外壁表面平均温度45℃，窑内壁表面平均温度：（600+900）/2=750℃9.4.3.3.1窑墙部分散热计算此部分用材料如下：硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/（m·℃）聚轻高铝砖，厚度δ=115mm，导热系数0.45w/（m·℃）硅酸铝棉，厚度δ=225mm，导热系数0.24w/（m·℃）JM-26莫来石砖，厚度δ=230mm，导热系数0.26w/（m·℃）热流q7==317.5w/m2不考虑车台面以下部分的窑墙散热，窑内高按1240mm计算，单侧窑墙散热面积：A7=1.240*12=14.88m2则两侧窑墙散热量：Q/7=2*317.5*14.88*3.6=34016（kJ/h）9.4.3.3.2窑顶部分散热计算此部分用材料如下：JM-26莫来石拱砖，厚度δ=250mm，导热系数0.26w/（m·℃）；硅酸铝棉，厚度δ=150mm，导热系数0.24w/（m·℃）；热流q8==444w/m2窑顶散热面积：A8=*3.14*（1.5+0.25）2*12=19.2m2窑顶散热量：Q/8=19.2*444*3.6=30741（kJ/h）所以，600—900℃段的窑体散热总量为：Q/9=Q/7+Q/8=34208+30741=64949（kJ/h）9.4.3.4900—1170℃该段长度为14米，窑外壁表面平均温度55℃，窑内壁表面平均温度：（700+1170）/2=1035℃9.4.3.4.1窑墙部分散热计算此部分用材料如下：硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/（m·℃）聚轻高铝砖，厚度δ=115mm，导热系数0.45w/（m·℃）硅酸铝棉，厚度δ=155mm，导热系数0.24w/（m·℃）JM-28莫来石砖，厚度δ=230mm，导热系数0.28w/（m·℃）高铝针刺毯，厚度δ=20mm，导热系数0.187w/（m·℃）多晶贴棉块，厚度δ=50mm，导热系数0.22w/（m·℃）热流q10==445.5w/m2不考虑车台面以下部分的窑墙散热，窑内高按1374mm计算，单侧窑墙散热面积：A10=1.374*14=19.236m2则两侧窑墙散热量：Q/10=2*445.5*19.236*3.6=61701（kJ/h）9.4.3.4.2窑顶部分散热计算此部分用材料如下：JM-28莫来石拱砖，厚度δ=250mm，导热系数0.28w/（m·℃）；硅酸铝棉，厚度δ=150mm，导热系数0.24w/（m·℃）；高铝针刺毯，厚度δ=20mm，导热系数0.187w/（m·℃）多晶贴棉块，厚度δ=50mm，导热系数0.22w/（m·℃）热流q11==529w/m2窑顶散热面积：A11=*3.14*（1.5+0.25）2*14=22.4m2窑顶散热量：Q/11=22.4*529*3.6=42659（kJ/h）所以，900—1170℃段的窑体散热总量为：Q/12=Q/10+Q/11=61701+42659=104360（kJ/h）9.4.3.51170—1260℃该段长度为4米，窑外壁表面平均温度65℃，窑内壁表面平均温度：（1260+1170）/2=1215℃9.4.3.4.1窑墙部分散热计算此部分用材料如下：硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/（m·℃）聚轻高铝砖，厚度δ=115mm，导热系数0.45w/（m·℃）硅酸铝棉，厚度δ=245mm，导热系数0.24w/（m·℃）JM-28莫来石砖，厚度δ=230mm，导热系数0.28w/（m·℃）高铝针刺毯，厚度δ=20mm，导热系数0.187w/（m·℃）热流q13==490w/m2不考虑车台面以下部分的窑墙散热，窑内高按1260mm计算，单侧窑墙散热面积：A13=1.260*4=5.04m2则两侧窑墙散热量：Q/13=2*490*5.04*3.6=17781（kJ/h）9.4.3.4.2窑顶部分散热计算此部分用材料如下：JM-28莫来石吊顶砖，厚度δ=320mm，导热系数0.28w/（m·℃硅酸铝棉，厚度δ=150mm，导热系数0.24w/（m·℃）；高铝针刺毯，厚度δ=20mm，导热系数0.187w/（m·℃）热流q14==586w/m2此部分窑墙厚度δ=580mm窑顶散热面积：A14=*4=8.32m2窑顶散热量：Q/14=8.32*586*3.6=12676（kJ/h）所以，1170—1260℃段的窑体散热总量为：Q/15=Q/13+Q/14=17781+12676=30457（kJ/h）综上所述，预热带和烧成带窑体散失热量总和为：Q6=Q/3+Q/6+Q/9+Q/12+Q/15=31114+27786+64949+104360+30457=258666（kJ/h）9.4.4垫砂带Q7=G7C7T7其中：G7—入窑垫砂质量（Kg/h）；G7=G3=30Kg/h；T7—入窑垫砂的温度（℃）；取最高烧成温度，T7=13C7—入窑垫砂的平均比热（KJ/（Kg·℃））；垫砂的平均比热容按下式计算：C7=0.963+0.000147t=0.963+0.000147*20=1.157KJ/（Kg·℃）Q7=G7C7T7=30*20*1.157=6949.4.59.4.5.1Qw=qm,w(2490+1.93tg)（kJ/h）其中：qm,w—入窑制品所含自由水的质量流量（Kg/h）；qm,w=2Kg/h2490—0℃时，1Kg1.93—在烟气离窑时的水蒸汽的平均比热（KJ/（Kg·℃））；tg—烟气离窑时的平均温度（℃）；tg=100Qw=qm,w(2490+1.93tg)=2*(2490+1.93*100)=5366（kJ/h）9.4.5.Q/w=6700q/m,w（kJ/h）其中：q/m,w—入窑制品所含结构水的质量流量6700—1Kg结构水脱水所需热量（KJ/Kg）；由于结构水流量非常小，故此部分热支出可以不作考虑。9.4.5.3其余物化反应吸热此项热支出要根据原料情况，查阅有关资料，但是由于陶瓷磨具烧成反应极为复杂，常根据经验数据大致估计，或用结合剂中Al2O3的反应热近似地代替。Qd=qdm*2100*w(Al2O3)（kJ/h）其中，qdm—入窑干制品质量流量（Kg/h）；qdm=610Kg/h；2100—1KgAl2O3的反应热（KJ/Kg）；w(Al2O3)—陶瓷磨具结合剂中Al2O3含量占磨具总质量的质量分数；w(Al2O3)=10%；Qd=qdm*2100*w(Al2O3)=610*2100*10%=128100（kJ/h）则物化反应总耗热为：Q8=Qw+Qd=5366+128100=133466（kJ/h）9.4.6窑车蓄热和散失热量Q9一般取经验数据，此项热支出占热收入的20%—25%，本次计算取22%。9.4.7烟气带走显热QgQg=qgCgTg（kJ/h）其中，qg—实际离窑烟气流量(m3/m3)；烟气中除燃烧生成的烟气和预热带不严密处漏入空气外，还有用于气幕、搅拌风的空气，此部分流量为：qs=1300m3/h；实际燃烧烟气流量在前面的燃烧部分计算已经得出，为：V=12.905(m3/m3)；故：qg=xV+1300=12.905x+1300(m3/m3)Tg—烟气离窑时的平均温度（℃）；Tg=100℃Cg—烟气离窑时的平均比热（KJ/（Kg·℃））；查手册，Tg=100℃时，烟气的平均比热为：Cg=1.068（KJ/（Kg·℃））；Qg=qgCgTg=(12.905x+1300)*100*1.068=1378x+138840（kJ/h）9.4.8其他热损失Q10一般取经验数据，此项热支出占热收入的5%—10%，本次计算取5%。9.5列热平衡方程式热收入项目为：Q收=Q1+Q2+Q3+Qf+Qa+Q/a+Qs=12485+3188+580+36031x+2443x+309.5x+131170=38783.5x+147423热支出项目为：Q出=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10+Qg=1006500+251995+258666+694+133466+22%Q收+1378x+138840+5%Q收=1790161+1378x+27%Q收列方程：Q收=Q出解之，得：x=62.6即每小时耗气62.6立方米，或62.6m3/h。单位产品能耗：62.6*36000/610=3694kJ/kg9.6预热带和烧成带热平衡表表9-1预热带和烧成带热平衡表热收入项目热收入项目序号项目kJ/h%序号项目kJ/h%1Q1—坯体带入显热124850.481Q4—产品带出显热100650039.142Q2—硼板、支柱等窑具带入显热31880.122Q5—硼板、支柱等窑具带出显热2519959.803Q3—垫砂带入显热5800.023Q6—窑墙、顶总散热25866610.064Qf—燃料带入化学热及显热2255540.687.584Q7—垫砂带入显热6940.035Qa—助燃空气带入显热152931.85.945Q8—物化反应耗热1334665.196Q/a—预热带漏入空气带入显热19374.70.756Q9—窑车蓄热和散失热量566559.422.037Qs—气幕、搅拌风带入显热1311705.097Qg—烟气带走显热225102.88.758Q10—其他热损失128763.55.00总计2575270.11002571746.7100误差：（2575270.1-2571746.7）/2575270.1=0.1%10冷却带的热平衡计算10.1确定热平衡计算的基准、范围本次计算选用1小时为计算基准，以0℃作为基准温度。以冷却带为计算范围。10.2热平衡示意图图10-1冷却带的热平衡示意图Q11—制品带入显热；Q12—硼板、支柱等窑具带入显热；Q13—垫砂带入显热；Q14—窑车带入显热；Q15—急冷气幕风带入显热；Q16—冷却带末端送入冷却风带入显热；Q17—制品带出显热；Q18—硼板、支柱等窑具带出显热；Q19—垫砂带出显热；Q20—窑车蓄热、带出及散失之热；Q21—窑墙、顶总散热；Q22—抽走余热风带走热量；Q23—其他热损失；10.3热收入项目10.3.1制品带入显热Q11制品带入冷却带的显热等于预热带和烧成带制品带出显热Q4Q11=Q4=1006500（kJ/h）10.3.2硼板、支柱等窑具带入显热Q12此项热量即为预热带和烧成带硼板、支柱等窑具带出热Q5Q12=Q5=251995（kJ/h）10.3.3垫砂带入显热Q13此项热量即为预热带和烧成带垫砂带出热Q7Q13=Q7=694（kJ/h）10.3.4窑车带入显热Q14预热带和烧成带窑车散失之热约占窑车积热的5%，即95%之积热进入了冷却带。Q14=0.95Q9=566559.4*0.95=538231.4（kJ/h）10.3.5急冷气幕风带入显热Q15Q15=q15C15T15其中：q15—急冷气幕风流量（m3/h）；按一道气幕,24个支风管（Φ=60mm,δ=3.5mm）,风速ν=13m/s，经计算，q15=2500m3/h；T15—急冷气幕风的平均温度（℃）；急冷气幕风的风源同助燃风，取其平均温度T15=200℃;C15—急冷气幕风的平均比热容（KJ/（Kg·℃））；查表，T15=200℃时，助燃风时平均比热容为：C15=1.026KJ/（Kg·℃）；Q15=q15C15T15=2500*200*1.026=51300010.3.6冷却带末端送入冷却风带入显热Q16Q16=qv,xC16T16（kJ/h）其中，qv,x—冷却风流量（m3/h），设作qv,xT16—冷却风的平均温度；冷却风用冷却带尾端抽出的热风，取：T16=100℃；C16—冷却风的平均比热；查表，T16=100℃时热空气平均比热容为：C16=1.009KJ/（Kg·℃）；Q16=qv,xC16T16=100*1.009*qv,x=100.9qv,x（kJ/h）10.4热支出项目10.4.1制品带出显热Q17Q17=G17C17T17其中，G17—出窑制品质量（Kg/h）；G17=610Kg/h；T17—出窑制品的平均温度（℃）；取T17=8C17—出窑制品的平均比热（KJ/（Kg·℃））；T17=80℃时，查手册，棕刚玉砂轮平均比热容为C17=1.06KJ/（KgQ17=G17C17T17=610*1.06*80=5172810.4.2硼板、支柱等窑具带出显热Q18Q18=G28C18T18其中，G18—出窑硼板、支柱等窑具质量（Kg/h）；G18=165Kg/h；T18—出窑硼板、支柱等窑具的温度（℃）；取T18=8C18—出窑硼板、支柱等窑具的平均比热（KJ/（Kg·℃））；碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算：C18=0.963+0.000147t=0.963+0.000147*80=0.975KJ/（Kg·℃）Q18=G28C18T18=165*80*0.975=12870垫砂带出显热Q19Q19=G19C19T19其中，G19—出窑垫砂质量（Kg/h）；G19=30Kg/h；T19—出窑垫砂的温度（℃）；取T19=8C19—出窑垫砂的平均比热（KJ/（Kg·℃））；垫砂的平均比热容按下式计算：C19=0.963+0.000147t=0.963+0.000147*80=0.975KJ/（Kg·℃）Q19=G19C19T19=30*20*0.975=58510.4.4窑车蓄热、带出及散失之热Q20取经验数据，此项热量占窑车带入显热的55%，Q20=0.55*Q14=0.55*538231.4=296027.3（kJ/h）1