03隧道窯課程設計說明書

1、成都理工大學窯爐設計說明書 題目：設計一條年產衛(wèi)生陶瓷 24 萬大件的隧道窯 學號： 姓名： 學院：材料與化學化工學院班級： 指導教師：葉巧明劉菁一、前言隨著經濟不斷發(fā)展， 人民生活水平的不斷提高， 陶瓷工業(yè)在人民生產、 生活中都占有重要的地位。陶瓷的發(fā)展與窯爐的改革密切相關，一定結構 特點的窯爐燒出一定品質的陶瓷。因此正確選擇燒成窯爐是獲得性能良好 制品的關鍵。陶瓷窯爐可分為兩種 :一種是間歇式窯爐 ,比如梭式窯 ;另一種是連續(xù) 式窯爐, 比如隧道窯。隧道窯由于窯內溫度場均勻， 從而保證了產品質量， 也為快燒提供了條件；而隧道窯中空、裸燒的方式使窯內傳熱速率與傳熱 效率大，又保證了快燒的實現

2、； 而快燒又保證了產量， 降低了能耗。 所以， 隧道窯是當前陶瓷工業(yè)中優(yōu)質、高產、低消耗的先進窯型，在我國已得到 越來越廣泛的應用。燒成在陶瓷生產中是非常重要的一道工序。燒成過程嚴重影響著產品 的質量，與此同時，燒成也由窯爐的窯型決定。在燒成過程中，溫度控制是最重要的關鍵。沒有合理的燒成控制，產 品質量和產量都會很低。要想得到穩(wěn)定的產品質量和提高產量，首先要有 符合產品的燒成制度。然后必須維持一定的窯內壓力。最后，必須要維持適當的氣氛。二、設計任務與原始資料1 課程設計題目 設計一條年產衛(wèi)生陶瓷 24 萬大件的隧道窯2 課程設計原始資料(1) 、年產量： 24 萬大件/ 年；(2) 、產品規(guī)格

3、：400*200*200mm干制品平均質量10Kg/件;( 3)、年工作日： 350 天 / 年 ;( 4)、成品率： 85%；( 5)、燃料種類：天然氣，熱值 QD=36000KJ/Bm3;(6)、制品入窯水分： 2.0%；( 7)、燒成曲線：20970C, 9h;970 1280C, 4h;1280C，保溫 1h;128080C, 14h;最高燒成溫度1280C，燒成周期28h。3 課程設計要求( 1 )、課程設計嚴格按照成都理工大學課程設計(學年論文)工作管理辦法進行 規(guī)范管理;( 2)、要求提交窯爐設計說明書一份，設計圖二張(隧道窯剖面圖及隧道窯工作系統(tǒng) 圖);(3) 、要求計算正確，

4、設計合理，文圖相符，課程設計報告 3000字(含數據表、插 圖);( 4)、采用學校規(guī)定的“成都理工大學學生的撰文專用稿紙”，參照學校規(guī)定的畢業(yè) 設計(論文)撰寫格式要求(含數據表、插圖)，撰寫或編排打印課程設計;參照學 校規(guī)定的畢業(yè)設計 (論文)裝訂結構， 課程設計報告、 圖紙等一并裝入學校規(guī)定的 “成 都理工大學學生專為資料袋”。三、燒成制度的確定1 、溫度制度的確定根據制品的化學組成、形狀、尺寸、線收縮率及其他一些性能要求，制訂燒成制度如下：20 970 C，9h;預熱帶970 1280C，4h;燒成帶1280C，保溫1h;保溫階段1280 80C，14h;冷卻帶燒成周期 :28小時2、

5、窯型選擇 衛(wèi)生瓷是大件產品，采用普通窯車隧道窯。由于考慮到燃料為城市煤氣，經過凈化處 理，不會污染制品。若再從窯的結構上加以考慮，避免火焰直接沖劇制品，所以采用 明焰露襲的形式 （制品不襲匣缽 ），既能保證產品質量， 有增加了產量，降低了燃料消耗， 改善了工人的操作條件，并降低了窯的造價，是合理的。四、窯體主要尺寸的確定1、窯主要尺寸的確定。為使裝車方便，并使窯內溫度均勻，快速燒成，采用單層裝車的辦法，即窯車上只放一層制品。根據幾種裝車方法確定：窯車長乂寬= 1500X 870mm平均每車裝制品 11件/車，干制品的平均質量為每件10Kg，則每車裝載量為110Kg/車。=240000X 28-

6、 350- 24+（ 0.85 X 11- 1.5 ）=128.34m窯內容車數： n=128.34/1.5=85.56 輛取 86輛則窯車有效長度為： 86X 1.5=129m2、窯體各帶長度的確定預熱帶長Ly=（預熱時間/總燒成時間）X總長=9/28 X 129=41.46m燒成帶長Ls=（燒成時間/總燒成時間）X總長二（4+1） /28 X 129=23.04m冷卻帶長Lv=（冷卻時間/總燒成時間）X總長=14/28 X 129=64.5m設進車室2m 出車室2m 則窯總長為129十2十2= 133m窯內寬B根據窯車和制品的尺寸取800mm窯內側墻高（窯車掛9z面至拱腳）根據制品最大尺寸

7、（并留有空隙）定為500mm拱心角口取60,則拱高J= 0. 13640. 134X 800 = 107mm軌面至窯車襯磚面高660mm為避免火焰直接沖擊制品，窯車上設300mr高之通道（由40m厚耐火粕土板及耐火粘土磚柱組成）。見圖1 44剖面66。側墻總高為（軌面至拱腳）H = 500十300十40十660= 1500mm窯內容車數 86輛推車時間：28x 60/86=19.5min/ 車小時推車數：60/19.5=3.08車/h五、工作系統(tǒng)的安排在預熱帶 224號車位設 23對排煙口，每車位一對。煙氣通過各徘煙口到窯墻內的 水平煙道，由9號車位的垂直煙道經窯頂金后管道至徘煙帆， 然后由鐵

8、皮煙囪排至大氣。 排煙機及鐵皮煙囪皆設于預熱帶窯頂的平臺。在1號、 6號、 1 1號車位有三運氣幕。其中 1號車位氣幕為封閉氣幕，窯頂和側培皆 開孔，氣體噴出方向與窯內氣流成 90。聲。6號和11號車位為擾動氣幕，氣體由窯頂噴 出，方向與窯內氣流成 150。角。用作氣幕的氣體從冷卻帶的間接冷卻部位抽出。在燒成帶 2829號一4243號車位設14對攜燒室，不等距分布，兩測相對排列。助燃空氣不預熱，由助燃風機直接抽車間冷空氣，并采用環(huán)形供風方式，各燒最前 壓力基本相同。冷卻帶在44 50號車位處，有10m長的間壁急冷段，由側路上的小孔直接吸人車間 冷空氣，冷卻氣體流動方向與窯車前進方向相同 （ 順

9、流） 。從換熱觀點，逆流冷卻效率 高，但磚砌體易漏風，逆流漏進的冷風和 700 C左右的產品接觸，易急冷至更低溫度， 達到SiO2晶形轉化溫度而使產品開裂。所以要采用順流。該處窯頂自43號車位有10m長的二層拱間接冷卻，冷空氣亦由窯頂孔洞處自車間吸入。由間壁、二層拱抽出來的 熱空氣經窯頂上金屬管道送往預熱帶作氣幕。這里只作為計算例題，實際上該段應采 用直接風急冷或直接、間接相結合，將丙層拱抽來的熱氣再噴入窯內作急冷，可防止 大件產品炸裂。自5260號車位設12對熱風抽出口，每車位一對。熱空氣經過窯墻內的水平熱 風通道，于： 3號車位處用金屆管道由熱風機拍送干燥。窯后； 4號車位處，由冷卻風 機

10、自窯頂和側墻集中鼓入冷卻空氣。車下自2865號車位，每隔3m設一個冷卻風進風 口，由車下冷卻風機分散鼓風冷卻，并于 5號車他處由排姻機排走。燒成帶前后，即 28號、 43號車位處，設兩對事故處理口。六、窯體材料以及厚度的確定根據上述原則，確定窯體的材料及厚度如表 17。材料及厚度確定忘可進行材料的 蘸算。計算方法同田 (1-1) 、 (1-2) ，逐段逐層的計算。確定全窯的材料消耗量。七、燃料燃燒計算1、燃燒所需空氣量該窯用天然氣，其熱值 QD=36000KJ/Bm3;理論空氣量： Voa=0.26QD/1000-0.25=9.524;實際空氣量：取空氣過剩系數a =1.29Va=a 7=1.

11、29 X 9.524=12.286Bm3/Bmi;2、燃燒產生煙氣量 理論煙氣量：Vo=0.26QD/1000+1.02=0.26*i6000/1000+1.02=10.i8Nm i/Nmi) 實際煙氣量V=Vo+( a -1 )Voa=10.i8+(1.29-1 )*9.524=1i.14(Nmi/Nmi)3、燃燒溫度理論燃燒溫度 t th=(Qnet+CfTf+VaCaTa)/VC=(36000+3.12X20+12.286*1.3 XoC(1730-1688.3)/1688.3 X 100%=2.55噺以合理取咼溫系數n =0.80則實際溫度為 ：Tp=0.80*1688.3=1350.

12、6 oC比燒成溫度1280C高70.6 C，認為合理 用經驗數據決定燃料消耗量八、加熱帶熱平衡計算1 、預熱帶及燒成帶的熱平衡計算(1) 熱平衡計算基準及范圍在此以1小時作為計算基準，而以0C作為基準溫度。計算燃燒消耗量時，熱平衡 的計算范圍為預熱帶和燒成帶，不包括冷卻帶。7.1.2 熱平衡框圖QQQQ QQQQQQ其中Q-制品帶入的顯熱Q2-棚板及支柱帶入的顯熱Q-燃料帶入化學熱及顯熱Q-助燃空氣帶入顯熱Q-漏入空氣帶入顯熱Q3-產品帶出顯熱Q4-棚板及支柱帶出顯熱Q-窯墻、窯頂散失之熱Q6-窯車積散之熱Q-物化反應耗熱Q-其他熱損失Q-廢氣帶走顯熱2、熱收入項目：(1) 制品帶入顯熱Q用公

13、式計算 每小時入窯干制品：Gi = 110Kg/車 x 3.08=338.8(Kg/h)入窯制品含2%自由水，每小時入窯的濕制品為：Gi =338.8/ (1-0.02 ) =345.71 (Kg/h)入窯制品的比熱隨各地原料成分及分配方的不同而變化，一般在0.841.26KJ/kg*C范圍。現取平均比熱c, =0.92KJ/kgC入窯制品溫度t1=20C則 Q1=G c t1 =6361.06 (KJ/h)(2) 墊板及支柱帶入顯熱Q2：此窯制品不裝匣體，亦不用棚板，為避免火焰沖擊制品，窯車上有耐火粘土熱 墊板及支柱組成的火焰通道。墊板與支柱窯吸熱，根據器體積、密度可求得每 車質量為158.

14、1Kg。G2=158.1*1.5=237 (Kg/h)C2=0.845(KJ/kg. C)根據公式可得 Q2=237*0.845*20=4005.3(Kg/h)(3) 燃料帶入化學熱及顯熱Qf；QD=36000KJ/Bmm 入窯天然氣溫度，t=20C查手冊，此溫度下的天然氣平均比熱為；Cf=3.12根據公式可得；Qf=x(QD+tf Cf)=x(36000+3.12*20)=36062.4x (Kg/h)(4) 空氣帶入顯熱 Qa; 全部助燃空氣作為一次空氣。燃料所需空氣量有 1-10 求得。3Va=12.286xBm3/h助燃空氣溫度ta=20C查手冊，在20C時空氣的平均比熱為；Ca=1.

15、30(kJ/kgC)根據公式可得Qa=Va*Ca*ta=12.286X 1.3 20=319 XKJ/h(5) 從預熱帶不嚴密處漏漏入空氣帶入顯熱 Q.取預熱帶煙氣中的空氣過剩系數 a=2.5,由利1-10中已求出理論空氣量 V=9.524Bm3/Bm3;燒成帶燃料燃燒時的空氣過剩系數 af=1.293 Va=x(2.5-1.29)*9.524=11.52xBm3/h漏入空氣溫度為 ta=20C 查手冊， Ca=1.30kJ/kg.C根據公式可得；Q、a=V、a*C、a*t、a=11.52x*1.3*20=299.5xkJ/h( 6)氣幕空氣帶入顯熱 Qm； 作氣幕用的氣體由冷卻帶時間接冷卻出

16、抽來，其帶入之顯熱由冷卻帶熱平衡計 算為； Qm=216000kJ/h3、熱支出項目 :(1) 產品帶出顯熱 Q3出產品帶出質量 G3=338.8Kg 出燒成帶產品溫度 t3=1280 C 查手冊，得產品平均比熱； C3=1.20kJ/kg.C 根據公式可得： Q3=338.8*1.20*1280=520396.8 kJ/h( 2 )墊板支柱帶走顯熱 Q4墊板、支柱質量： G4=237kg/h 出燒成帶墊板、支柱溫度， t4=1280C 查手冊，次時粘土墊板、支柱的平均比熱為： C4=1.178kJ/kg.C根據公式得： Q4=G4*C4*t4=237*1.178*1280=357358kJ/

17、h(3) 煙氣帶走顯熱 Qg； 煙氣中包括燃燒生成的煙氣，預熱帶不嚴密處漏入之空氣外，尚有用于氣幕的空氣。 用于氣幕之空氣體積由冷卻帶計算為；Vm=1552Bm/hoo 離窯煙氣體積； Vg=V g+(ag-1)V ax+Vm 離窯煙氣溫度一般為200300G 現取 tg=250 C查手冊，此時煙氣的平均比熱為；Cg=1.44kJ/mA3. C根據公式得：ooQg=V g+(ag-1)V ax+Vm*Cg*tg =10.38+(2.5-1)*9.524*x+1552*1.44*250 =8880x+558720kJ/h(4) 通過窯墻，窯頂散失的熱 Qs 根據各處材料的不同，并考慮溫度范圍不能

18、太大，將預熱帶窯墻分為四段計算其 向外散熱，一側散熱：第一段；20-750C，長 15 米，散熱，8200kJ/h第二段；750970C，長 5.25 米，散熱，7160kJ/h第三段；970-1280C，長 8.25 米，散熱 13600kJ/h第四段；1280C，長3米，散熱5800kJ/h一側總散熱： 34760kJ/h兩側總散熱： 34760*2=69520kJ/h 窯頂按同樣原則，計算結果為 112500kJ/hQs=69520+112500kJ/h=182020(5) 窯車積蓄和散失之熱 Q6去經驗數據，占熱收入的 25%。(6) 物化反應耗熱和散熱之熱 Q7 不考慮制品所含之結構

19、水自由水質量 Gw=345.71-338.8=6.91kJ/h煙氣離窯溫度tg=250C制品中A12O3含水量為25%根據公式可得；Q7=Qw+Qr=G(w2490+1.93tg)+Gr*2100*A12O3%=6.91*(2490+1.93*250)+338.8*2100*0.25=198409.98kJ/h(7) 其他熱損失 Q8 去經驗數據，占熱收入的 5%.4、列出熱平衡方程式熱收入 =熱支出 Q1+Q2+Qf+Qa+Qa+Qm=Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q82535+4005+36624x+319x+11.52x+216000=207360+357358+8880x+558720

20、+69520+11250+79079+(2535+4005+36624x+319x+11.52x+216000)*(90.25+0.05 )移項整理得 16989x=13845373X=51.74, 即每小時需要天然氣 5 1 .74 Bm31、列出預熱帶及燒成帶平衡表如下：熱收入熱支岀項目kJ/h%kJ/h%1.坯體帶入顯熱30980.141.產品帶岀顯熱25344011.992.墊板、支柱顯熱5323.50.252.墊板、支柱顯熱35735816.903.燃料化學熱，顯熱1865868.687.923.煙氣顯熱515323.224.374.助燃空氣顯熱16505.060.784.窯墻、窯頂

21、散熱1820208.605.漏入空氣顯熱15496.130.735.窯車積、散熱636687.3930.116氣幕顯熱2160006.物化反應熱966424.577.其他熱損失73017.53045總計2122291.3100總計2114488.1100九、冷卻帶熱平衡計算冷卻帶熱平衡的計算，其計算方法與預熱帶，繞成帶熱平衡計算方法相同。先確 定熱平衡計算基準：1h,0 C；劃計算范圍：冷卻帶；畫冷卻帶熱平衡示意圖；列出熱 收入、熱支出的所有項目，然后解熱平衡方程式。在這個熱平衡方程式中也只能有一 個未知數，即冷卻空氣需要量 V(或可供干燥的熱空氣量)。其他一切項目都應已知， 或用U代替，或事

22、先用分段熱平衡的辦法算出，所以 U可求。而可供干燥的熱空氣抽 出且是由冷卻空氣鼓人員和助燃二次空氣星決定的，亦可求。熱收入的項目為高燒成帶而進入冷卻帶時產品帶入顯熱，棚板帶入顯熱，窯車帶入顯 熱，冷卻空氣帶入顯熱等。熱支出項目為離窯時產品帶出顯熱， 匣缽，棚板帶出顯熱, 竊車帶出顯熱，窯堵、窯頂散熱、抽送干燥熱空氣帶走顯熱，作氣暮氣體帶走顯熱， 其他熱損失笨。計篡公式同預熱帶、燒成帶。1、熱收入項目：(1)產品帶入顯熱Q3此項熱量即為預熱、燒成帶產品帶出顯熱：Q=520396.8kJ/h(2) 墊板、支柱帶入顯熱Q此項熱量即為預熱、燒成帶墊板、支柱帶出顯熱:C4=357358kJ/h(3) 窯

23、車帶入顯熱Q預熱帶、燒成帶窯車散失之熱約占窯車積、散熱之5%而95沱積熱帶進冷卻帶。Q=0.95*Q6=0.95*5153323.2=489557.04KJ/h(4) 冷卻帶末端送入空氣帶入顯熱 Q。，用公式(1 62)計算：ta=20C，此溫度下空 氣平均比熱查手冊為：Ca=1.30KJ/m3* C。Qo=QCt a=VaX 1.3 x 20=26VKJ/h2、熱支出項目：(1) 產品帶出顯熱 Q11出窯產品質量 G11=135Kg/h出窯產品溫度tii=80C查手冊，此時產品平均比熱，Ci=0.896kJ/kg. C根據公式( 1-64 )可得：Q11=G11C11t11=165*0.89

24、6*80=11827.2KJ/h(2) 墊板、支柱帶出顯熱， Q12 出窯墊板、支柱質量： G12=267Kg/h出窯墊板、支柱溫度：ti2=80C在80E是粘板、支柱的比熱為：C2=0.84+0.000264t=0.858KJ/m 3* CQ12=G12C12t 12=18326.88KJ/h(3) 窯車帶走和向車下散失之熱 Q13= 此項熱量占窯車帶入顯熱的 55%，Qh=0.55 X Q9=0.55 X 48955.704=269256.37KJ/h(4) 抽送干燥用的空氣帶走顯熱 Q14, 該窯不用冷卻帶熱空氣作二次空氣，且氣幕所用空氣由冷卻帶間壁抽出，所以，熱 空氣抽出量即為冷卻空氣

25、鼓入量 Va。設抽送干燥器用的空氣溫度為 200C： 此溫度下的空氣平均比熱為：Ci4=1.32kJ/Bm3 CQ4=Va C14 t i4=Vax 1.32 X 200=264VkJ/h(5) 計算得，冷卻帶窯墻，頂散熱為：Qi6=i00000kJ/h(6) 抽送氣幕熱空氣帶走顯熱 Q17抽送氣幕熱空氣包括兩側間壁及二層拱內抽出之熱空氣，其所帶之熱由窯墻、 窯頂之計算中已知為：Q17=Q+Q、=216000kJ/h 抽送氣幕的熱空氣體積為；Vm=Vo+Vo、=1552Bm3/h(7) 其他熱損失Q損取經驗數據，占總熱收入的 5%3、列熱平衡方程式熱收入 =熱支出，即0.95*(207360+

26、357358+688817+26Va)= 11827.2+18326.88+269256.37+264Va+100000+216000 移項整理得： Va=1796.6019Bm3/h.即每小時有1796.6標準立方米，200C的熱空氣抽送干燥。4、列出冷卻熱平衡表及全窯熱平衡表，方法同預熱帶、燒成帶，此處從略。熱平衡采用計算機輔助計算，可節(jié)約時間。并可制成軟件包，便于變更條件時 采用十、燒嘴的選用級燃燒室的計算每小時燃料的消耗量求出為： X=73Bm3/h該窯共設 7 對燒嘴。每個燒嘴的燃料消耗量為：51.74十14=3.70(1)選用DW-3型渦流式短焰燒嘴，其生產能力為18Bm3/h,燒嘴前天然氣壓力800Pa,空氣壓力2000P&與其配合的燒嘴磚厚 230mm。( 2) 燃燒室體積3V=3.70 X 15500/1250000=0.08m燃燒室深為 :L=窯墻厚燒嘴磚厚=1.16-0.23=0.93m燃燒室面積：F=V/L=0.08/0.93=0.09mA2取燃燒室寬B為四個班磚寬，即4X (磚寬+灰縫)=4X (0.113+0.00