陶瓷窑炉及设计3-辊道窑设计与计算

第三章陶瓷窑炉的设计计算3.1辊道窑设计计算辊道窑的设计计算包括：窑体主要尺寸计算燃料燃烧计算热平衡计算通风阻力计算例以某厂消化吸收进引进窑自行设计的一条气烧明焰辊道窑为例来说明辊道窑设计计算步骤。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算schoolofmaterialscienceandengineeringSUST3.1.1原始资料收集设计前必须根据设计任务收集所需的原始资料。

设计原始资料如下：

1．产量：年产270000m2瓷砖

2．产品规格：

100×200×7，200×200×8，

200×300×8，300×300×9(mm)3．年工作日：300天

4．燃料：半水煤气，热值5233.8kJ／m3，压力0.1～0.16MPa，供气量800m3／h5．坯入窑含水量：≤2％

6．原料组成：中粘性土，石英，风化长石各占30％，还有适量低温溶剂原料陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算schoolofmaterialscienceandengineeringSUST7．烧成制度

(1)温度制度：①烧成周期：72min

②各带划分：烧成周期比原引进WELKO公司辊道窑60min增加12min，12min全部用于增加预热及冷却时间，而高温烧成时间仍按原设计不变。各段温度与时间划分如表3-1。表3-1各段温度的划分与升温速率

名称

温度/℃时间/min

升温速率/℃•min-1长度比例/％

窑前段40~2509.222.813

预热带400~1050252633烧成带1050~12451216.2518

冷却带1245~8025.845.1636

累计72100schoolofmaterialscienceandengineeringSUST陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算(2)气氛制度：全窑氧化气氛。

(3)压力制度：预热带-40～-25Pa，烧成带<8Pa。3.1.2窑型选择设计考虑到该厂已引进WELKO公司FRW2000型辊道窑，该窑设计合理，利用余热干燥生坯和进窑坯，热效率高；温度控制准确、稳定；传动用传统链条传动，摩擦式联接辊筒，传动平衡，维护方便，无级调速，控制灵活。设计认为，FRW2000型窑炉适合该厂使用，通过仿制吸收其先进技术，又有助于加深对原窑的认识，更好管理窑炉，新旧窑零部件可互用，节约资金。因此，窑型选择为仿FRW2000型煤气辊道窑。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3.1.3窑体主要尺寸的计算

1．窑内宽：以200mm×200mm产品进行计算，参考原引进窑，取内宽1.5m可并排6片砖。

2．内高取：第1~3节、19~23节：582mm；第4~18节：825mm。

3．窑长：计算窑容量：陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算同一列砖砖距取40mm，则：装窑密度＝每米排数×每排片数×每片砖面积(m2/每米窑长)=[1000/(200+40)]×6×0.22

＝1(m2/每米窑长)故窑长L=50÷1＝50(m)

利用装配式，由若干节联接而成，设计每节长度为2120mm，节间联接长度8mm，总长度2128mm，节数＝50000/2128=23.5节，取节数为24节。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算窑长度为：L＝2120×24＝51064mm各带长度：窑前段：51064×13％＝6640，取3节，长度＝3×2128＝6384(mm)

预热带:51064×33％＝16851，取8节，长度＝8×2128=17024(mm)

烧成带：51064×17％＝8681，取4节，长度=4×2128＝8512(mm)

冷却带：51064×37％；18894，取9节，长度=9×2128=19152(mm)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算设计年产Xm2的600mm×600mm×8mm的瓷质砖气烧辊道窑，请根据下列条件初步设计的窑内宽、窑宽、窑长以满足瓷质砖生产是能要求。（烧成收缩为10％，坯体离窑墙内壁取150mm，烧成周期为50min，工作日为300d／a，产品合格率取为90％）

3.1.4工作系统

1.通风系统在第4节窑顶及两侧下方各设置一对抽烟口(主抽烟口)，设置抽烟风机A抽出烟气(抽烟管中间设置热交换器)；

A风机抽出烟气部分送入窑前段(在第3节窑顶、辊道下部设置进气口)，部分经烟囱排出；在第1节窑顶、辊道下部设置一抽风口，由窑前段抽风机抽出烟气经烟囱排空。由助燃风机B供应燃烧器的燃烧空气；由急冷风机C供应第17节急冷空气。在第19～21节窑顶部、下部各设置一抽热风口，第21节为主抽风口，由抽风机E抽出热风部分送入窑下面干燥器(在窑下干燥器的第19节一侧窑墙设置一进热风口)，其余热风经烟囱排空。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算在第24节窑顶部、底部各设置一排风扇，以45°向窑内吹入冷空气。

热交换风机G将冷空气送入热交换器，空气被加热后送入窑下干燥器(在窑下干燥器的第3节一侧设置一进气口)，在干燥器第1节一侧设置一抽风口，由干燥器抽风机F抽出废气经烟囱排出；在干燥器第24节一侧设置吹冷风机。在第5～18节，节之间辊道上、下方各设置挡板，上方采用耐火纤维板吊挂，下方用高铝砖砌筑；

12节、16节在靠近窑尾处再增设一挡板。在进窑口，第3节靠近窑尾处，第3、4节，18、19节，21、22节，节之间设置闸板。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算2.燃烧系统

(1)烧嘴设置在第5～16节和第18节，每节分别在辊上、下各设置两对烧嘴，辊上下烧嘴及对侧烧嘴均互相错开排列。在辊道上方每个燃烧器对侧窑墙分别设置一个火焰观察孔。

(2)煤气输送装置煤气由升压风机升压，通过管道、阀门、总管煤气处理系统，送至各节烧嘴，助燃空气由风机通过管道、阀门送至烧嘴。总管煤气处理系统：汽水分离器→过滤器→过滤器→调压器。煤气总管尺寸，参考引进窑尺寸，考虑本厂煤气热值较低及为了较好稳定煤气压力，内径选取偏大值，故内径取200mm。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3.温度控制系统

(1)热电偶设置在第5～16节和第18节，每节分别在窑顶中部插入一根热电偶及一侧窑墙中部的辊下方插入一根热电偶，第2、4、7、19～21节，在窑顶插入一根热电偶，在窑下干燥器第2、22节一侧窑墙辊上方各设置一热电偶。

(2)烧嘴控制装置热电偶→DDZⅢ型电动单元组合仪表(变送、调节、显示)

空气→手动阀→电动调节阀→球阀煤气→手动阀→比例调节器→球阀经电动调节阀调节后的空气信号输送到比例调节器，实现对空气和煤气管道按预定值进行比例调节，保证窑内氧化气氛烧嘴陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算第12～16节，每节由两套控制装置分别控制辊上、下烧嘴的供气量，辊上4个烧嘴一套，辊下的4个烧嘴为一套。在第5～11节，第18节，每节由一套控制装置控制该节所设置的全部8个烧嘴。

陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3．急冷系统、余热利用系统温度控制装置控制装置设置如下：热电偶→DDZⅢ型电动单元组合仪表(变送、调节、显示)

空气→电动调节阀→手动阀→控制区域在窑第17节、21节的温度控制各由一套控制装置控制。

4．温度控制系统各仪表选型热电偶：高温区：铂铑－铂热电偶，WRP－130S，

L＝750mm

低温区：镍铬－镍硅热电偶，WRN－122K，

L＝750mm

温度调节采用肇庆仪表厂开发的RM40型智能温度调节器。

陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算4.检查处理系统。第1～3节，每节分别在两侧辊上、下各设一对检查处口，上、下对侧互相错开；第4节、17节在两侧辊下方各设置一个检查处理口，位置靠近窑尾方向；第5～16节和第18节，每节分别在辊下方设置一个检查处理口，对侧错开；第19~23节，每节分别在两侧下方各设置3个检查处理口，对侧相对。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算5.传动系统传动机构采用链轮链条传动，并采用分段带动统一传动的传动方式辊棒与传动系统的联接方式采用托轮摩擦式。辊子自由地放在窑墙外侧的两只托轮上，辊子传动端放在两只传动摩擦托轮上，全窑设置两台电机(配无级变速器)，其中一台备用，一台带动一条贯穿窑头、尾的传动轴，传动轴通过7个圆柱蜗杆减速器分别带动每段链条，从而带动传动托轮，通过摩擦传动使其上的辊子转动。每段设置一链条张紧装置。全窑还设置一台直流电机，以便在停电时带动传动轴，避免辊子在高温下变形。在第9节处设置手动离合器，将传动轴分成两段，以便在特殊情况下停止第1～6节传动系统的运转。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算(1)传动链、减速器选型、齿轮齿数确定链条、齿轮齿数选取完全依照引进窑，因此省略设计计算，主要参数见表3-2。表3-2传动链选型电机与传动轴传动

传动轴与减速器传动

减速器与传动摩擦辊子传动

链条选型TG190TG127TG127

主动轮齿数303020

从动轮齿数302011张紧装置齿轮齿数18陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算减速箱选型：圆柱蜗杆减速器WS80-30-Ⅱ，i＝1/30。摩擦传动轮直径取42mm。无级变速器电机输出端至陶瓷辊筒总传动比：

无级变速的输出转速：33.3～150r/min线速度：397.3～1789.8mm/min，

即制品运行时间范围：128.5~28.5min；烧成周期72min；主动轴转速：59.5r／min。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算(2)电机选型

JF02-42-4/A301型电机，功率4kW配FRC3R(立2)齿轮链无级变速器。输入轴转速：1440r／min；输出端减速装置传动比：i＝1/10.2；输出轴转速Nmax＝150r/min，Nmin＝33.3r／min；输出功率：Pmax＝3.9KW，Pmin＝2.01kW；直流机选型：AR50、2dDC、0.66kW。

陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算(3)辊棒选型刚玉莫来石质辊棒，高温荷重软化温度：1550℃

长度：2316mm；外径：40mm。

(4)确定辊距

辊距<200÷3＝66.7(mm)

考虑到每节长2120mm，辊距定为53mm，每节装40根棒。

(5)设置进砖砖距控制装置，设置对主传动轴进行探测，显示的装置。

(6)传动报警：在窑头、尾各设置一激光探测器，对制品在运行过程中发生堵塞现象报警。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3.1.5窑体材料整个窑体由金属支架支承窑体外壳除第4～8节的顶部外，都由金属板构成第24节全部由金属板及支架构成。支承钢架结构仿制引进窑，省略设计计算。窑体材料的选择如表3－3所示。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算表3-3窑体材料的选择

1.窑前段（1～2节）(1)底部及下侧壁

材质使用温度/℃密度/g·cm-3

导热系数/W/(m·℃)-1

厚/mm

隔热层

耐火混凝土9000.35～0.81(20～400℃)膨胀缝矿渣棉7000.0120.45(20℃)(2)顶部及上侧壁(内壁:金属板)隔热层矿渣棉7000.0120.45(20℃)(3)中间辊筒部位孔砖轻质高铝砖(PM)-1.013001.00.66+8×l0-5t填充层硅酸铝耐火纤维束11500.070.1～0.32.冷却段(19～23节)(1)底部及下侧壁隔热层耐火混凝土9000.35~0.81(20~400℃)膨胀缝矿渣棉7000.0120.45(20℃)(2)顶部及上侧壁(内壁：金属板)隔热层矿渣棉7000.0120.45(20℃)

材质使用温度／℃

密度/g·cm-1

导热系数/W/(m·℃)-1

厚/mm(3)中间辊筒部位孔砖轻质高铝砖13001.00.66+8×10-5t填充层陶瓷棉12500.070.1~0.33.预热段、急冷区、过渡区(4~1117~18节：(1)底部耐火层轻质高铝砖13001.00.66+8×10-5t65隔热层硅藻土砖900161膨胀缝硅酸铝耐火纤维束13500.070.1~0.310(2)顶部:使用悬挂式吊顶结构耐火层轻质高铝砖13001.00.66+8×10-5t300隔热层蛭石8000.10.052~0.058膨胀缝硅酸铝耐火纤维束11500.070.1~0.3150(3)侧部耐火层轻质高铝砖13001.00.66+8×10-5t113隔热层硅酸铝耐火纤维束13500.30.1~0.2197检查处理口轻质高铝砖14001.20.66+8×10-5t压顶砖(4)烧嘴周围耐火层轻质高铝砖14001.20.66+88×10-5t隔热层温石棉6002.30.07(5)中间辊筒部位耐火层(孔砖)轻质高铝砖14001.20.66+8×10-5t填充层陶瓷棉13500.070.1～0.3(6)膨胀缝及结合处膨胀缝硅酸铝耐火纤维束13500.070.1～0.3节间弹性连接硅酸铝耐火纤维板13500.30.1～0.24．烧成带(12~16节)(1)底部耐火层轻质高铝砖(PM-1.0)14001.00.66q-8×10-5t130

隔热层硅藻土砖9000.35～0.81130硅酸铝耐火纤维束13500.20.1～0.3100(2)顶部：采用悬挂式吊顶结构耐火层轻质高铝砖14001.00.66+8×10-5t300隔热层蛭石8000.10.052~0.058

材质使用温度/℃

密度/g·cm-3导热系数/W/(m·℃)-1厚度/mm硅酸铝耐火纤维束11500.070.1～0.3150(3)侧部耐火层轻质高铝砖(PM)-114001.00.66+8×10-5t113

隔热层硅酸铝耐火纤维毡13500.30.1～0.2119硅酸铝耐火纤维束13500.20.1～0.378检查处理口轻质高铝砖14001.20.66+8×10-5t压顶砖(PM)-1.2(4)烧嘴周围耐火层轻质高铝砖14001.2066+8×10-5t隔热层温石棉6002.30.07(5)中间辊筒部位耐火层(孔砖)轻质高铝砖(PM)-1.214001.20.66+8×10-5t填充层硅酸铝耐火纤维束13500.070.1～0.3(6)膨胀缝及结合处膨胀缝硅酸铝耐火纤维束13500.070.1～0.3节间弹性连接硅酸铝耐火纤维毡13500.30.1～0.23.1.6燃料燃烧计算

1．空气量(标准情况下)

当QDw<5233.8kJ/m3时，用经验公式：理论空气量：

(m3空气/m3煤气)

取空气过剩系数α=1.15

实际空气量：Va＝αVa0=1.15×1.09＝1.25(m3/m3煤气)

陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算2．烟气量(标准情况下)

当QDw<5233.8kJ/m3时，用经验公式：理论烟气量

(m3烟气/m3煤气)

实际烟气量:Vg=1.91+(1.15-1.0)×1.09＝2.07(m3/m3煤气)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3．燃烧温度理论燃烧温度

已知ta＝tf=20℃ca＝1.30(kJ/m3•℃)，cf＝1.32kJ/(m3•℃)

设tth=1500℃，查有关表得cf＝1.635kJ／(m3•℃)℃求得温度与假设温度相对误差：，所设合理，取高温系数η＝0.85，实际温度tp＝0.85×1564=1329℃，比要求温度1245℃高出84℃，基本合理。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3.1.7热平衡计算热平衡计算预热带、烧成带热平衡计算冷却带热平衡计算仅以预热带、烧成带热平衡计算为例来说明其计算方法，冷却带热平衡计算在此略去。预热带、烧成带热平衡计算的目的：求出燃料消耗量。热平衡计算必须选定计算基准：这里时间以1h为计算基准，0℃作为基准温度。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算一、热收入项目第1~3节热源为烟气余热，即利用烟气带走显热，所以1～3节不列入热平衡计算中，但是计算时，应以第3节坯体计算坯体带入显热，以第4节烟气温度值计算烟气带走显热。

1.坯体带入显热Q1

取烧成灼减5％入窑干制品质量(kg/h)

入窑制品含自由水2％，湿基制品质量(kg/h)

制品入窑第4节时温度t1＝250℃，入窑制品比热容c1=0.84+26×10-5×250=0.905kJ／(kg•℃)Ql＝Glclt1=799.8×0.905×250＝180955kJ/h陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算2．燃料带入化学热及显热Qf

煤气低热值QDW=5233.8kJ／m3

入窑煤气温度t1＝20℃，

20℃时煤气比热容cf=1.32kJ/(m3·℃)

设煤气消耗量为xm3/hQf＝x(QDW+cftf)

＝x(5233.8+1.32×20)＝5260.2x(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3．助燃空气带入显热Qa

助燃空气温度ta=20℃，

20℃时空气比热容ca＝1.30kJ/(m3·℃)

助燃空气实际总量Va总＝Va·x＝1.25x(m3/h)Qa＝Va总cata=1.25x×1.3×20=32.5J(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算4．预热带漏入空气带入显热Qa

取预热带空气过剩系数αg＝2.0，漏入空气温度ta＝20℃，ca=1.3

漏入空气总量Va＝x(αg-α)·Va0＝x(2.0-1.15)×1.09=0.93x(m3/h)Qa=Vacata=0.93x×1.3×20＝24.2x(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算二、热支出项目

1．产品带出显热Q2

烧成产品质量G3＝Gl·95％=783.8×95％＝744.6(kg/h)

制品出烧成带(第16节)温度t2＝1245℃

制品平均比热容c2=0.84+26×10-5×1245＝1.16[kJ/(kg·℃)]Q2＝G3c2t2=744.6×1.16×1245＝1075351(kJ/h)

陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算2．窑体散失热

将计算窑段分为两部分：第4～11节：400~1000℃，取平均值700℃；第12～16节：1000~1245℃，取平均值1123℃。

陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算①第4~11节：窑外壁表面平均温度40℃，窑内壁平均温度700℃a．窑顶：高铝砖导热系数λ砖＝0.706W/(m·℃)，厚度δ1＝0.3m耐火纤维导热系数λ纤＝0.2W／(m·℃)，厚度δ2＝0.15m

热流(W/m2)窑顶散热面积m2Q顶＝562×30.84×3.6＝62395(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算b．窑墙高铝砖平均导热系数λ砖＝0.713W/(m·℃)，厚度δ1＝0.113m耐火纤维平均导热系数λ纤＝0.15W/(m·℃)，厚度δ2＝0.197m

热流W/m2

一侧窑墙散热面积m2

二侧窑墙散热量Q墙＝2×448.7×20.87×3.6＝67423(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

c．窑底：在窑下面与干燥器间装有100mm厚耐火纤维起保温作用。高铝砖导热系数λ砖＝0.715W／(m·℃)，厚度δ1=0.065m硅藻砖导热系数λ硅＝0。214W/(m·℃)，厚度δ2=0.13+0.031＝0.161m耐火纤维导热系数λ纤＝0.15W／(m·℃)，厚度δ3=0.10m

热流(w/m2)

窑底散热面积m2Q底＝437.1×30.84×3.6＝48529(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算②第12～16节：窑外壁表面平均温度取80℃，窑内壁平均温度1123℃a．窑顶：高铝砖导热系数λ砖＝0.735W/(m·℃)，厚度δ1＝0.3m

耐火纤维导热系数λ纤=0.25W/(m·℃)，厚度δ2=0.15m

热流(w／m2)

窑顶散热面积m2Q顶＝1034.7×19.28×3.6=71816(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

b．窑墙：高铝砖平均导热系数λ砖＝0.74W/(m·℃)，厚度δ1＝0.113m耐火纤维导热系数λ纤＝0.25W/(m·℃)，厚度δ2=0.197m

热流(w/m2)

一侧窑墙散热面积(m2)二侧窑墙散热量

Q墙＝2×1108×13.07×3.6=104267(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算c．窑底：在窑下面与干燥器间装有100mm厚耐火纤维起保温作用。高铝砖导热系数λ砖＝0.74W／(m·℃)，厚度δ1=0.13m

硅藻砖导热系数λ硅＝0.4W/(m·℃)，厚度δ2=0.13m

耐火纤维导热系数λ纤＝0.2W／(m·℃)，厚度δ3=0.10m

热流(w/m2)

窑底散热面积(m2)Q底＝1042×19.28×3.6＝72323(kJ／h)窑体总散热量：Q3＝62395+67423+48529+71816+104267+72323

＝426753(kJ/h)3．物化反应耗热Q4①自由水蒸发吸热Ow

自由水质量Gw＝G2-G3＝799.8-783.8=16.0(kg/h)

烟气离窑温度tg=400℃Qw＝Gw(2490+1.93tg)

＝16×(2490+1.93×400)

＝52192(kJ／h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

②其余物化反应热Qr

用A12O3反应热近似代替物化反应热入窑干制品质量G1=783.8kg/h，A12O3含量＝20％

Qr＝G1×2100×A12O3％＝783.8×2100×20％＝329196(kg/h)

故Q4＝52193+329196＝381389(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

4．烟气带走显热Qg

离窑烟气总量Vg＝[Vg0+(αg-α)·Va0]•x

＝[1.91+(2-1)×1.09]·x＝3x(m3／h)

烟气离第4节窑温度tg＝400℃，400℃时烟气比热容cg＝1.5(kJ/m3·℃)Qg＝Vgcgtg＝3x×1.45×400＝1740x(kJ/h)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算5．其他热损失Q5

根据经验占热收入的5％

Q5＝(Q1+Qf+Qa+Qa)×0.05

＝(180955+5260.2x+32.5x+24.2x)×0.05

＝9048+265.8x陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算三、热平衡方程

Q1+Qf+Qa+Qa＝Q2+Q3+Q4+Qg+Q5180955+5260.2x+32.5x+24.2x

＝1075351+426753+381389+1740x+9048+265.8x

解得x＝517m3/h

每小时烧成产品质量为744.6kg/h故：公斤产品热耗=(517×5233.8)/744.6＝3634(kJ/kg)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

热收入

热支出

项目kJ/h

％

项目kJ／h

％坯体带入显热1809556.18产品带出显热107535136.72燃料化学热及显热271952392.82窑炉散失之热42675314.57助燃空气显热168030.57物化反应热38138913.02漏入空气显热125110.43烟气带走显热89958030.7l其他热损失1464745.00

总计2929792100.00

总计2929547100.00表3-3预热带、烧成带热平衡表陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3.1.8烧嘴的选择考虑到该厂已有引进窑，选用WElKO公司HS20000型烧嘴，它由煤气喷嘴、助燃空气喷嘴和烧嘴砖组成。

煤气节流孔板孔径：烧成带第12~16节，取直径8.7mm；预热带第5～11节，取直径5.6mm。

空气喷嘴瓷管内径：烧成带第12~16节，取直径6.5mm；预热带第5~11节，取直径4.5mm。

烧嘴砖耐火材料选用：莫来石轻质高铝砖，最高使用温度1420℃，密度1.2g/cm3。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算3.1.9管道计算、阻力计算、风机选型一、计算抽烟风机的管道尺寸、阻力损失，对风机选型管道尺寸排烟系统需排除烟气量：Vg＝[Vg0+(αg-1)Vα0]x＝[1.91+(2.0-1)×1.09]×517＝1551m3/h

烟气在金属管中流速w，据经验数据取w＝10m/s。烟气抽出时实际体积V：

V＝Vg×(273+400)/273＝1551×673/273＝3824m3/h＝1.06(m3/s)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算①总烟管尺寸内径(m)总管内径取直径为360mm，长度4m。②分烟管尺寸分管流量V´＝V/3＝3824/3=1275m3/h＝0.35(m3/s)

内径(m)分管内径取210mm，长度为3.2m

③支管尺寸支管流量V´´＝V/6＝1.06/6＝0.177(m3/s)

内径(m)支管内径直径150mm，顶部支管长定为1.1m，两侧支管长定为0.5m。

④热交换器热交换管选直径83mm×3.5mm无缝钢管，内径d交＝76mm，长度取2m。考虑粉尘阻塞与热交换的需要，流速w交取2m/s。热交换管条数(条)

热交换管条数取118条。热交换管外表面积S＝3.14×0.083×2×118＝61.5(m2)，引进窑热交换管外表面积为3.14×0.032×2×397＝79.8(m2)，(79.8-61.5)/79.8×100％＝23％，新窑热交换表面积比引进窑少23％，但新窑需热交换量比引进窑少35％以上，取118条能满足要求。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

(2)阻力计算

①料垛阻力hi

根据经验每米窑长料垛阻力为0.5Pa。设0压在11～12节交界处，则hi=(7+0.5)节×2.13m/节×0.5Pa＝8Pa。

②位压阻力hg。烟气从窑炉至风机，高度升高H＝1.8m，此时几何压头为烟气流动的动力即负位压阻力，烟气温度400℃，hg＝-H(ρa-ρg)g=-1.8×{(1.29×[273/(273+400)]-1.30×[273/(273+400)])×9.8

＝-11.9Pa陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算⑧局部阻力he

局部阻力ξ由表3-4查得：烟气从窑炉进入支管：ξ1＝1

支烟管进入分烟管：ξ2=1.5

并90°急转弯：ξ3＝1.5

分管90°急转弯：ξ4＝1.5分管90°圆弧转弯：ξ5＝0.35(r/d＝2)

分管进入总管：ξ6＝1.5

并90°急转弯：ξ7＝1.5

进入交换管：ξ8＝0.28

陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算阻力类型局部阻力系数公式中用的速度

说明突然扩大[1-(AG/AL)]2小管道截面平均流速AL为小管通道截面积，AG为大管通道截面积，以下同逐渐扩大[1-(AL/AG)]2sinα

同上α为扩大部分两边组成的夹角突然缩小0.5[1-(AL/AG)]2

同上圆滑转90°弯r/dξW1=W2r为曲率半径d为管道直径w1为进口流速w2为出口流速0.61.50.40.350.2急转90°弯1.5～2.0

同上急转45°弯0.5

同上90°均匀分流1

主流速度90°等量合流1.5

同上180°均匀分流1.5

同上180°等量合流2～3

同上烟道闸板[(AG/0.7AL)-1]2WGWG为遇闸板前大通道截面处的气体流速圆滑小孔进口0.1～0.25WGWG为进小孔前大通道截面处的气体流速表3－4局部阻力系数

为简化计算烟管中烟气流速均按l0m/s计烟气温度均按400℃计，虽在流动过程中烟气会有温降，但此时流速会略小，且取定的截面积均比理论计算的偏大，故按此值算出的局部阻力只会略偏大，能满足实际操作需要。

he＝(1+1.5+1.5+1.5+0.35+1.5+1.5)×(102/2)×1.3×[273/(273+400)]+0.28×(22/2)×1.3×[273/(273+400)]=233.6(Pa)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算④摩擦阻力hf

摩擦阻力系数：金属管取ξ1＝0.03，热交换管取ξ2＝0.05(粉尘粘壁严重)。

烟囱阻力忽略不计(可由本身几何压头来克服)。风机应克服总阻力h总＝hi+hg+he+hf＝8+(-11.9)+233.6+25.5＝255.2(Pa)陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

(3)风机选型为保证正常工作，取风机抽力余量0.5。

所以选型应具备风压：H=(1+0.5)×255.2＝382.8(Pa)

流量取储备系数为1.5

风机排出烟气平均温度250℃。

Q=1.5×Vg×[(273+250)/273]=1.5×1551×[(273+250)/273]

＝4457(m3/h)选用风机时应考虑窑炉有时空气、煤气比例失调，大量增加烟气量，增大抽风阻力，热交换器粉尘阻塞，造成较大阻力，选型时全风压留有较大余地。所选风机见表3-5。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

项目

抽烟

助燃

急冷

抽热风管道尺寸

/mm总管400,分管210，支管150总管300直径200总管400，分管200风机代号

抽烟风机A助燃风机B急冷风机C抽热风机E风机名称高温离心通风机高压离心通风机高压离心通风机高温离心通风机风机型号W5-481-11No5.55-29No6.59-26-1No4W5-481-11No5.5全风压/Pa1405805039301405表3-5窑主体系统管道尺寸、风机型号规格风量/m3．h-18060576321988060电机型号Y120M-2Y160L-2Y132S1-2Y120M-2功率/kw2218.55.522转速/r·min-12900315029002900传动方式CCAC出口方向

右O°

右270°

左270°

右270°外形尺寸940×813×117592×712×723质量/kg(不带电机)214.562二、其他系统管道尺寸确定、风机选型结合本窑具体情况和已经计算出来的抽烟系统的数据来确定其他系统的风管尺寸、风机型号。省略风量计算、阻力计算。陶瓷窑炉与设计－－－－第三章窑炉的设计计算

表3-6其他系统管道尺寸、风机型号规格

系统

窑前抽风

热交换

干燥抽风

干燥吹风管道尺寸/mm

直径300

直径400

直径550风机代号窑前抽风机D热交换风机G干燥抽风机F干燥吹冷风机风机名称锅炉离心引风机离心通风机锅炉离心引风机离心通风机风机型号Y4-70ⅡNo54-72No6Y5-47No84-72ⅠNo3全风压/Pa1100180025801150风量/m3·h-154008520154301710电机型号Y112M-2JO2-51-4JO2-71-4JO3-80-1功率KW47.5221.1转速/r·min-12180180018202900传动方式CCCA出口方向90°90°90°

右90°外形尺寸790×900×914828×964×11691701×1191×1485455×540×450质量/kg(不带电机)16036675020schoolofmaterialsscienceandengineeringSUST陶瓷窑炉与设计－－－－第二章辊道窑冷却带：冷却带由急冷、缓冷、尾冷三部分组成，冷却带占辊道窑总长的比例，是按照陶瓷墙地砖冷却制度要求和产品出窑温度不能太高的思路来定的。一般按辊道窑总长的40%考虑如果冷却管路设计合理的话，烧制抛光砖时，产品出窑温度应在100℃以下。如果烧制快速烧成配方的产品、容易炸裂的釉面产品、或者窑尾出砖为机械式集砖时（出砖温度小于80℃），冷却带应适当加长。实际情况有时有一定的偏差，目前佛山地区很多窑炉公司设计冷却带的长度占辊道窑总长的比例为35%，产品出窑温度达180℃以上，有的甚至达220℃以上，这种设计完全是以追求产量为目的，在国际上是不允许的，随着时代的进步，这种情况会逐步得到纠正。schoolofmaterialsscienceandengineeringSUST陶瓷窑炉与设计－－－－第二章辊道窑

缓冷区的设计要引起注意，砖坯在此带的573℃左右的晶型转变时，控制不好会引起炸砖，传统的说法是冷却速度要慢，但究竟要慢到什么程度，是我们窑炉设计者要考虑的问题。实践证明，砖坯均匀冷却更重要，砖坯在均匀受热的情况下，砖坯在此区的冷却速度是可以加快的。保证均匀的手段就是不要在缓冷区的前部过早将急冷带过来的热风抽出，而尽量在缓冷带的尾部抽出，使热风在缓冷区始终充满窑体空间，使砖坯受热均匀，此段的冷却是靠缓冷管而不是靠提前抽出热风。这样缓冷区就可缩短，尾冷段就可以加长，可以大大提高冷却效果。schoolofmaterialsscienceandengineeringSUST陶瓷窑炉与设计－－－－第二章辊道窑

目前传统设计的主要问题是缓冷区偏长，缓冷管少，尾冷区偏短，造成产品冷却效果差。缓冷管应分组自控，以便设定合适的温度梯度，并使砖坯在相对稳定的温度曲线下冷却。冷却带有三部分热风要排出，即一是从急冷过来的热风，二是缓冷热风、三是尾冷热风，传统设计是三者共用一台风机，造成调节时相互影响，还会造成窑压不稳定，使产品质量不稳定。如果采用三台各自独立的风机，并且尾冷段和缓冷段彻底分开，则可以消除调节时相互影响，则可最大限度地保证窑压稳定，最终保证产品质量的稳定。schoolofmaterialsscienceandengineeringSUST陶瓷窑炉与设计－－－－第二章辊道窑烧成带：烧成带占辊道窑总长的比例设计，是按照陶瓷墙地砖烧成制度要求来考虑的。一般在辊道窑上的含义是指8烧嘴区域，它的长度是按烧制不同