隧道窑设计说明书产600万件8寸盘隧道窑设计.doc

目 录一、原始数据2二、窑体主要尺寸的确定3三、工作系统的确定5四、窑体材料及厚度的选择6五、燃烧系统计算6六、物料平衡计算7七、预热带及烧成带的热平衡计算8八、冷却带热平衡12九、烧嘴的选择15十、后记15十一、参考文献15一、原始数据1.1 设计题目：年产600万件8寸盘隧道窑设计1.2 设计技术指标、参数：坯料的化学组成（%）：SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2O+Na2OI.L69.2019.960.870.490.883.125.48产品的规格：八寸 盘 直径=238mm 高度=40mm 单重： 0.37Kg每件 坯体线收缩率 10%入窑水分 ：2.2%产品合格率：96%工作日：320天夏季最高气温：38 oC烧成制度：周期19小时最高烧成温度：1320oC气氛制度：还原气氛燃料：焦炉煤气COH2CH4CmHnH2SCO2N2O2Qnet(MJ/Nm3)6.857.022.32.90.22.37.70.817.52窑具：SiC棚板、SiC支柱1.3 温度制度的确定根据制品的化学组成、形状、尺寸、线收缩率及其他一些性能要求，制订烧成制度如下：20500 4小时 预热带氧化气氛500950 2.5小时 预热带氧化气氛9501200 2小时 烧成带强还原气氛 12001320 1.5小时 烧成带弱还原气氛1320-1320 保温1小时 烧成带弱还原气氛 1320700 2小时 急冷带700400 4.5小时 缓冷带40080 1.5小时 快冷带1.4 窑型的选择窑车式明焰隧道窑，棚板裸烧。二、窑体主要尺寸的确定2.1 坯体规格238/（1-10%）=264.44mm 40/（1-10%）=44.44mm 因此坯体规格：264.44mm*44.44mm2.2 窑内宽的确定装车方法的确定：（车上棚板的放置方法）沿车的长度方向装3行棚板，每个棚板的间距为20mm，与棚板车边间距为20mm。沿车的宽度方向装2行棚板，每个棚板的间距为40mm，棚板与车边间距为30mm。棚板采用的规格为：530*530*12 mm 支柱：40*40*50 mm 窑车车面的尺寸：Le（长）=1650mm Be（宽）= 1160mm窑内宽=1160+20*2=1200mm2.3 窑内高尺寸的确定：1）为了方便计算，可将车上的棚板定位统一的高度，坯体在窑车内分18层放，则窑内高度为：（50+12）*18+4=1120mm窑车高度的确定：轨面到窑车衬砖面的高度为700mm，为了避免火焰直接冲刷制品，窑车上设200mm高的通道（由50mm厚的耐火粘土板及粘土砖组成）窑车的高度为：H（车）=700+50+200=950 mm取拱心角=600，则窑车装载平面至拱脚高：为1120mm 2）拱高f的计算：拱顶拱心角:a=60o f=0.134*1200=160.8mmR=1048.57mm侧墙的总高度（轨面至拱脚）：h=950+1120=2070mm则由窑车的台面到拱顶的高度为:h=1116+160.8=1280.8mm轨面至拱顶：H=950+1280.8=2230.8mm2.4 窑体有效长度的确定每块棚板制品装4件，则：装车密度Ge= 4*6*18=432件/车装窑密度：432/1.65=261.818件/米窑长=（生产任务*烧成时间/年工作日）/成品率*装窑密度 =（60000000*19/320*24）/0.96*261.818 =62.99m窑内容车数：n=L/1.65=62.99/1.65=39辆窑车的有效长度为：n*1.65=64.35m2.5 窑体各带长度的确定预热带长Ly=（预热时间/总烧成时间）*总长=6.5/19*64.35=22m烧成带长Ls=（烧成时间/总烧成时间）*总长=4.5/19*64.35=15.24m冷却带长Lv=（冷却时间/总烧成时间）*总长=8/19*64.35=27.1m2.6 窑体总长度的确定考虑到窑车的受热膨胀，冷却带应增加0.3m,设进车室2m，出车室2m.窑体总长为L=64.35+0.3+2+2=68.65m推车时间：*60/n=19*60/39=29.23（分/车）每小时推车数：60/29.23=2.053（车/小时）三、工作系统的确定3.1 排烟系统在预热带2到9设置8对排烟口，每车位一对。1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧墙皆开孔。气体喷出方向与窑火气流成90度角。12号车位设置气氛气幕，烧成带前端950摄氏度至1050摄氏度设置一道气氛幕，这是气氛出氧化转为还原的位置，从冷却带抽热风由窑侧墙和窑顶成90度垂直吹入。3.2 燃烧系统在烧成带15号到26号车位设7对烧嘴相错分布，每车位一对，两侧相错0.8m，采用高速调温烧嘴，助燃空气不预热直接抽取车间空气，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个车位设置一个高速调温烧嘴，起到搅动作用。3.3 冷却系统冷却带9.03米长的急冷带，在27号车位设置急冷气幕，从窑顶和侧墙喷入冷空气。并且在28号和29号车位设置风机从窑顶和侧墙喷入冷空气。缓冷带长18.07m，从31号到39号车位设7对热风抽出口，每车位一对。热空气经金属管道由热风机抽送干燥，再作为气氛幕用气体。快冷带在窑尾39号由冷却风机自窑顶和侧墙集中鼓入冷却空气对制品直接冷却。车下自12号到31号车位，每2个车位设置1个冷却风进风口，由车下冷风机鼓风冷却，并在5号车位排出。3.4 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。3.5 窑体的附属结构3.5.1 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11号车位和19车位。3.5.2 测温孔及观察孔在烧成曲线的关键处设置测温孔，低温段布稀点，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。3.5.3 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、28.31,36,39号车位设置20mm的膨胀缝。四、窑体材料及厚度的选择窑墙、窑顶所采用的材料及厚度应满足各段使用性能要求，考虑各处的温度，对窑墙、窑顶的要求，砖型及外型整齐等方面，根据上述原则，确定窑体的材料及厚度如下表：温度范围（oC）窑墙材料及厚度（mm）窑顶材料及厚度（mm）轻质高铝砖硅藻土砖钢筋混凝土轻质高铝砖硅酸铝耐火纤维蛭石钢筋混凝土进车室808020 oC-950 oC23023023050100950oC-1310oC230460230501001310 oC-80 oC23023023050100出车室8080五、燃烧系统计算理论空气量：本设计燃料采用焦炉煤气，其成分组成如下表所示:焦炉煤气COH2CH4CmHnH2SCO2N2O2Qnet(MJ/Nm3)6.857.022.32.90.22.37.70.817.52燃料所需要的空气，根据经验取空气系数为1.2，近似计算得： 0.26*17.52-0.25=4.31(m3/Nm3) 实际空气量 =1.2*4.31=5.172 按照燃料的化学成分计算理论烟气量：由经验公式=+0.25=5.02 实际烟气量为：V=5.02+(1.2-1)*5.172=6.0544理论燃烧温度的计算：设空气温度 ，空气比热为Ca1.30 KJ/M3。焦炉煤气比热为：Cf1.41 KJ/ M3，ta=tf=20，燃烧产物温度查书本4-18。则理论燃烧温度为： T(Qnet+ VaCata+ Cftf)/ VC =t即：6.0544*C*t=17797.2 当t=1800，c=1.66时，6.0544*1.66*1800=17872>17797.2 当t=1600，c=1.64时，6.0544*1.64*1600=15693<17797.2可以得到t=1799相对误差：*100%=0.45%<1%合理，取高温系数为=0.80。实际燃烧温度为1439.3比需要的温度高119.3，这符合要求有利于快速烧成，保证产品达到烧熟的目的。六、物料平衡计算1）每小时烧成制品质量GmGm=0.37*432*2.053=328.15Kg/h2) 每小时烧成干坯质量GgpGgp=Gm*100/(100-IL)=328.15*100/(100-5.48)=347.18Kg/h3) 每小时入窑的湿制品质量Gsp Gsp=Ggp*100/(100-W)= 347.18/(1-0.022)=354.99 Kg/h4) 每小时蒸发自由水的质量G2sG2s=Gsp-Ggp=354.99-347.18=7.81Kg/h5)棚板及支柱的质量棚板的密度：p=2100Kg/m3G2=（0.53*0.53*0.012*6*15+0.04*0.04*0.05*6*15*4）*2.053*2100=1432.1 Kg/h七、 预热带及烧成带的热平衡计算7.1 热平衡计算基准及范围在此以1小时作为计算基准，而以0作为基准温度。计算燃烧消耗量时，热平衡的计算范围为预热带和烧成带，不包括冷却带。7.2 热平衡框图 Qf Qa Qa Q2 QgQ1 Q8 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7其中Q1-制品带入的显热 Q2-棚板及支柱带入的显热Qf-燃料带入化学热及显热 Qa-助燃空气带入显热Qa-漏入空气带入显热 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Q8-其他热损失 Qg-废气带走显热1、 热收入项目 1.制品带入显热Q1入窑制品的含2.2%自由水,Gsp=Ggp*100/(100-W)=347.18/(1-0.022)= 354.99Kg/h入窑制品温度t=20 入窑制品比热取为:C1=0.95KJ/kg oCQ1=G1*C1*t=354.99*0.95*20=6744.81 KJ/h2.棚板及支柱带入的显热Q2C=0.963 KJ/KgQ2=G2*C*t=1432.1*20*0.963=27582.246 KJ/h3.燃料带入化学Qf 已知Qn=17520KJ/Nm3 入窑温度t=20 查表得，C=1.99 KJ/kg 设每小时燃气X千克Qf=x(17520+1.99*20)= 17559.8x Kg/h4.助燃空气带入Qa 燃料所要空气量Va=4.31m3/m3空气温度t=20,可得：C=1.3 KJ/Nm3 Qa=Va*C*t=4.31x*1.30*20=112.06x KJ/h5.漏入空气Qb预热带取空气系数 a=1.10理论空气量 Voa=4.741Nm3/Nm3烧成带取空气系数 a=0.95Va=x*(ag-af)Vo=x*(2.5-0.95)*4.741=7.348x Nm3/Nm3Qb= Va*C*t=7.348x*1.30*20=191.05x KJ/h2、热支出项目 制品带出显热Q3出烧成带产品质量G3=328.15kg/h(不考虑灼减)出烧成带产品温度t3=1320查得产品的平均比热C3=1.20KJ/kgQ3=Gm*C*t=328.15*1320*1.20=519789.6 KJ/h 棚板及支柱带走显热Q4棚板及支柱质量G4=1432.1kg/h出烧成带温度t4=1320C4=0.96+0.000146t*1320=1.153 KJ/KgQ4=G4*C4*1320=2179446.72KJ/h 烟气带走显热Qg1烟气中包括燃烧生成的烟气即预热带不严密处漏入之空气外离窑烟气体积 Vg=Vog +(ag-1) Voax+Vm离窑烟气温度一般为200-300， 先取tg=250 Cg=1.44 KJ/KgQg=Vg*Cg*tg= Vog+(ag-1) Voax+Vm*Cg*tg=5.02+（2.5-1）4.741x+1500*1.44*250 =4367.34x+540000KJ/h 通过窑墙、窑顶散失之热Q5铝砖导热系数 高铝砖=0.662+0.08*10-3*t硅藻土砖导热系数 硅藻土砖=0.11 W/(m)硅酸铝耐火纤维束导热系数 纤维= 0.2 W/(m) 蛭石导热系数 蛭石=0.052 W/(m)预热带、烧成带长度之和22+15.24=37.24m, 单侧窑墙散热：温度范围 热流 W/m2 散热 KJ/h20-500 99.17 1505.83500-900 291.08 2762.52900-1200 234.97 1784.061200-1310 275.11 1784.061310 287.43 1091.2两侧窑墙散热：（1505.83+2762.52+1784.06+11784.06+1091.2）*2=17336.67KJ/h窑顶散热面面积：A顶=2*1.04857*1/6*37.42=40.89m2窑顶散热：温度范围 窑顶面积m2 热流 W/m2 散热 KJ/h20-500 14.94 95.77 1430.9500-900 9.33 281.77 2631.2900-1200 7.46 425.06 3175.051200-1320 5.6 498.18 27911320 3.73 520.58 1944Q顶=1430.9+2631.2+3175.05+2791+11944=11972.15KJ/hQ5 =17336.67 +11972.15=29308.82KJ/h5.物化反应耗热Q6不考虑制品所含结晶水。1） 自由水蒸发Qw T1=250 C1=1.44 KJ/Kg G=4.79Kg/h2） 其余物化反应Qr 制品中Al2O3含量为19.96%物化反应：Q7= Qw+Qr= Ggp*2100* Al2O3%+ Gw*(2490+1.93tg) =2135215.289KJ/h6.其他热损失Q7取经验数据，占收入的5%7.3 列出平衡方程热支出=热收入6744.81+27582.246+17559.8x+112.06x+191.05x=(519789.6+2179446.72+4367.34x+540000+29308.82+2135215.289)/0.95得出：x=416.65即 每小时需要液化气416.65 Nm3。7.4列出预热带及烧成带热平衡表并分析讨论 表7-1预热带、烧成带热平衡分析表热收入热支出项目KJ/h%项目KJ/h%1.坯体带入显热6744.810.0981.产品带出显热519789.66.972.棚板及支柱显热27582.2460.3682.棚板及支柱显热2179446.7229.153.燃料化学热显热7316290.6797.853.烟气显热2359652.21131.564.助燃空气显热46689.7990.6244.窑墙、窑顶散热29308.820.35925.漏入空气显热79600.981.065.物化反应耗热2135197.58528.566.其它热损失373843.95总计7476878.505100.00总计7476878.505100.00通过预热带和冷却带的热平衡计算可以看出，热收入的主要来源是燃料的化学显热，而热支出主要是由烟气带走大部分热量，另外窑车和棚板也带走了相当的热量。八、冷却带热平衡8.1 热平衡计算及范围热平衡计算基准为：1h, 0。计算范围为：冷却带。8.2 热平衡框图Q3 Q4 Q9 Q11Q10Q12 Q13 Q14 Q15 Q损其中Q3产品带入显热 Q4棚板及支柱带入显热 Q10冷却带送入空气显热Q11产品带出显热 Q12棚板及支柱带出显热 Q14抽送干燥用空气带走显热Q15窑墙、窑顶散热 Q损其它热损失8.3 热收入项目 产品带入显热Q3此项热量即为预热、烧成带产品带出显热：Q3=3519789.6kJ/h 棚板及支柱带入显热Q4此项热量即为预热、烧成带棚板、支柱带入显热：Q4=2179446.72kJ/h冷却带送入空气带入显热Q10ta=20,此温度下空气平均比热为ca=1.296kJ/m3Q10=Vacata=25.92Va kJ/h8.4 热支出项目产品带出显热Q11出窑产品质量G11=328.15kg/h,出窑产品温度t11=80,此温度下产品平均比热c11=0.896kJ/kg则Q11=G11c11t11=328.15*0.896*80=23521.792kJ/h支柱带出显热Q12出窑棚板及支柱质量：G12=1137.72kg/h出窑棚板及支柱温度：t12=80在80是棚板及支柱比热为：c12=0.84+0.00026t=0.84+0.00026*80=0.858kJ/kg则Q12=G12c12t12=1137.72*0.858*80=78093.10kJ/h抽送干燥用的空气带走显热Q14若热空气抽出量即为冷却空气鼓入量Va设抽送干燥器用的空气温度为200此温度下空气平均比热为c14=1.32kJ/Nm3则Q14=V14c14t14=Va*1.32*200=264VakJ/h窑墙、窑顶散热Q15高铝砖导热系数 高铝砖=0.662+0.08*10-3*t硅藻土砖导热系数 硅藻土砖=0.11 W/(m)硅酸铝耐火纤维束导热系数 纤维= 0.2 W/(m) 蛭石导热系数 蛭石=0.052 W/(m)冷却带长度为27.1m,窑顶散热面积A=（2*1.04875*20.9）*1/6=22.95m2两侧窑墙散热：温度范围 热流 W/m2 散热 KJ/h1310-700 407.02 6153.9700-400 219.92 7482400-80 91.66 1039.5窑顶散热：温度范围 窑顶面积m2 热流 W/m2 散热 KJ/h1310-700 7.439 398.78 2966.73700-400 12.74 212 3548.83400-80 5.576 88 491Q15=6153.9+7482+1039.5+2966.73+3548.83+491=21682.96KJ/h其他热损失Q16取经验数据，占收入的5%8.5 热平衡方程因为：热收入=热支出所以：3519789.6+2179446.72+25.92Va=（23521.792+78093.10+264Va+21682.96）/0.95解得Va=22102.8 Nm3/h即冷却带用空气量：22102.8 Nm3/h8.6 列冷却带热平衡表并分析讨论 表8-2冷却带热平衡分析表 热收入 热支出 项目 KJ/h % 项目 KJ/h % 1.产品带入显热3519789.656.121.产品带出显热23521.7920.3752.棚板及支柱显热2179446.7234.752.棚板及支柱显热78093.101.2453.冷却送入空气显热572904.579.133. 抽送干燥用空气显热5835139.293.034.窑墙、窑顶散热21682.960.355.其它热损失3136075.00 总计6272140.9100.00 总计6272140.9100.00从冷却带的热平衡计算可以看出，热收入主要是由棚板和窑车带入的，而热支出主要是由窑墙和窑顶向外散失热量。另外，窑车也带走和向下散失了相当一部分热量。九、烧嘴的选择由于全窑共有19个烧嘴,且每小时燃料的消耗量为7316290.67 KJ/h,考虑每个烧嘴的燃烧能力和烧嘴燃烧的稳定性取安全系数1.5。所以每个烧嘴的燃烧能力为：63 12776.047*1.5/19=498377.06 KJ/h十、窑体材料概算10.1 计算排烟系统的管道尺寸10.1.1 排烟系统需排除烟气量： Va=12.19B=12.19*216.57=2640Nm10.2.1排烟口及水平支烟道尺寸共有10对排烟口，则每个排烟口的流量为：V=2640/20=132Nm烟气在砖砌管道中的流速由经验取为w=1m/s则F=V/W=132/(1.5*3600)=0.02444排烟口高取两砖厚即0.204m则宽为0.02444/0.204=0.12,考虑砖型,取一砖长,即0.232m排烟口水平深度为0.46m10.1.3垂直支烟道尺寸由于烟气由排烟口至垂直烟道流量不变,流速相同,所以截面面积应相等.但考虑砖型,取垂直烟道为:宽*长=0.23*0.232,垂直深度定为0.9m10.1.4水平烟道尺寸水平烟道内烟气流量为排烟口烟气量的4倍,流速不变则截面积应为排烟口的4倍,即:4*0.0321=0.128m2取宽为一砖半长,即0.345m则高为h=0.128/0.345=0.371考虑砖型,取高为0.340m,长定为6.75m10.1.5垂直支烟道上金属管道,直径为0.350m,长定为8m10.2阻力计算10.2.1料垛阻力hi 根据经验取得每米窑长料垛阻力为1Pa,设零压在第一个高速烧嘴处,最末一对排烟口在第2车位末,每车位长2m,则hi=(14-2)*2ccc1=24Pa10.2.2位压阻力h2 烟气从窑炉至风机,高度升高H=1.5m,此时几何压头为烟气流动的动力即负压为阻力,烟气温度250.c,所以h2=-H(ph-pg)*g =-1.5*1.29*273/(273+20)-1.3*273/(273+250)*9.8 =-7.65Pa10.2.3局部阻力h3 烟气从窑炉进入支管:&1=0.5;90.转弯到垂直支烟道,&2=2;90.转弯至水平烟道&3=2;在水平烟道中与另三个排烟口的烟气经三次90.合流&4=3*2;与同一水平烟道另一边的烟气180.合流&5=3;至垂直烟道,然后90.转弯&6=2;与另一侧垂直烟道180.合流,&7=3;再90.转弯,&8=2;与车下泠却风90.合流,&9=2;至风机与车下泠却风合流后,流量增加1730Nm3/h.但管道直径未变,此时流速为5Nm/sh3=(005+2+2+6+3)*1.5*1.5*1.3*273+250/2*273+(2+3+2)*3*3*1.3*273+250/2*273=2*5*5*1.3*273+250/2*273=178Pa10.2.4摩擦阻力h4排烟口当量直径和长度:d1=4*(0.204*0.232)/2*(0.204+0.232)=0.217m,li=0.45m垂直支烟道当量直径和长度:d2=4*(0.230*0.232)/2*(0.230+0.232)=0.231m,l2=0.8m水平烟道直径和长度:d3=4*(0.345*0.340)/2*(0.345+0.340)=0.343m,l3=6.75m垂直烟道直径和长度;d4=4*(0.345*0.348)/2*(0.345+0.348)=0.347m,l4=1.5m金属管道直径和长度:d3=0.35m,l3=8m摩擦阻力系数,砖砌管道&1=0.05,金属管取&2=0.03h4=0.05*(0.45/0.217+0.8/0.231+6.75/0.343)*1.5*1.5*(273+2500)/(2*273)+0.05*1.5*3*3*1.30*(273+250)/(2*273*0.347)+0.03*8/0.35*5*5*1.3*(273+250)/(2*273)=28Pa10.2.5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+h2+h3+h4=19.5+(-7.65)+178+28=207.85Pa十一、后记通过这次的窑炉设计实习，使我对热工的知识又有了进一步的认识，而且对于我们这个专业学好热工对以后工作有很大的帮助，可以解决日常生产中出现的问题。在老师的悉心指导和同学的帮助下，我按时完成了设计任务，我觉得设计实习关键是自己动手，积极去查资料，这样可以学到以前从来都不知道的知识。因此我很感谢学校安排的这个课程，但由于自己对热工知识的的掌握有限，我知道我的作业还存在很多的错误，所以希望个位老师和同学多多指点和批评，使这个设计更符合实际生产的需要，重要是让我以后在工作岗位上不会犯同样的错误。 最后感谢我的指导老师陈功备老师对本实际的严格把关和耐心指导。十一、参考文献（1）陶瓷工业热工设备 刘振群 武汉理工大学出版社（2）硅酸盐硅业热工基础 孙晋涛 武汉工业大学出版社（3）建陶工业辊道窑 胡国林 中国轻工业出版社