輥道窯設(shè)計(jì)計(jì)算指導(dǎo)書2015

1、輥道窯設(shè)計(jì)計(jì)算指導(dǎo)書輥道窯的設(shè)計(jì)計(jì)算包括：窯體主要尺寸計(jì)算，燃料燃燒計(jì)算、熱平衡計(jì)算、通風(fēng)阻力計(jì)算等。一、原始資料收集設(shè)計(jì)前必須根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)收集所需的原始資料，設(shè)計(jì)原始資料如下：1、產(chǎn)量：年產(chǎn)270000m2瓷磚。2、產(chǎn)品規(guī)格：1002007,2002008,2003008,3003009(mm)3、年工作日：300天4、燃料：半水煤氣，熱值5233.8kJ/m3，壓力0.10.16MPa，供氣量800m3/h。5、坯入窯含水量：26、原料組成：中粘性土，低粘性土，風(fēng)化長石各占30。還有適量低溫溶劑原料。7、燒成制度（1）溫度制度燒成周期：72min各帶劃分：燒成周期比原引進(jìn)WELKO公司輥道

2、窯60min增加12min，12min全部用于增加預(yù)熱及冷卻時(shí)間，而高溫?zé)蓵r(shí)間仍按原設(shè)計(jì)不變。各段溫度與時(shí)間劃分如表1。表1 各段溫度的劃分與升溫速率名稱溫度/時(shí)間/min升溫速率/min長度比例/窯前段403509.222.818預(yù)熱帶1001050252633燒成帶100012451216.2518冷卻帶12458025.845.1636合 計(jì) 72 100（2）氣氛制度：全窯氧化氣氛。（3）壓力制度，預(yù)熱帶-40-25Pa；燒成帶8Pa。二、窯型選擇選擇全窯氧化氣氛輥道窯，利用余熱干燥生坯和進(jìn)窯坯，熱效率高；溫度控制準(zhǔn)確、穩(wěn)定；傳動(dòng)用傳統(tǒng)鏈條傳動(dòng)，磨擦式聯(lián)接輥筒，傳動(dòng)平衡，維護(hù)方便，無

3、級調(diào)速，控制靈活。三、窯體主要尺寸的計(jì)算1、窯內(nèi)寬：這里以200mm200mm產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)算，取內(nèi)寬1.5m，可并排6片磚。2、內(nèi)高?。旱?3節(jié)、19-23節(jié)：582mm；第4-18節(jié)；825mm。3、窯長：按式（12）計(jì)算窯容量：窯容量= 同一列磚磚距取40mm，則：裝窯密度= （m2/每m窯長）故窯長L=50 利用裝配式，由若干節(jié)聯(lián)接而成，設(shè)計(jì)每節(jié)長度為2120mm，節(jié)間聯(lián)接長度8mm，總長度2128mm，節(jié)數(shù)=50000/2128=23.5節(jié)，取節(jié)數(shù)為24節(jié)。因而窯長度為：L=212024=51064mm各帶長度：窯前段：5106413%=6640，取3節(jié)，長度=32128=6384(mm

4、)預(yù)熱帶：5106433%=16851，取8節(jié)，長度=82128=17024(mm)燒成帶：5106417%=8681，取4節(jié)，長度=42128=8512(mm)冷卻帶：5106437%=18894，取9節(jié)，長度=92128=19152（mm）四、工作系統(tǒng)A通風(fēng)系統(tǒng)在第4節(jié)窯頂及兩側(cè)下方各設(shè)置一對抽煙口（主抽煙口），設(shè)置抽煙風(fēng)機(jī)A抽出煙氣（抽煙管中間設(shè)置熱交換器）；A風(fēng)機(jī)抽出煙氣部分送入窯前段（在第3節(jié)窯頂、輥道下部設(shè)置進(jìn)氣口），部分經(jīng)煙囪排出；在第1節(jié)窯頂、輥道下部設(shè)置一抽風(fēng)口，由窯前段抽風(fēng)機(jī)抽出煙氣經(jīng)煙囪排空。由助燃風(fēng)機(jī)B供應(yīng)燃燒器的燃燒空氣；由急冷風(fēng)機(jī)C供應(yīng)第17節(jié)急冷空氣。在第1921

5、節(jié)窯頂部、下部各設(shè)置一抽熱風(fēng)口，第21節(jié)為主抽風(fēng)口，由抽風(fēng)機(jī)E抽出熱風(fēng)部分送入窯下面干燥器（在窯下干燥器的第19節(jié)一側(cè)窯墻設(shè)置一進(jìn)熱風(fēng)口），其余熱風(fēng)經(jīng)煙囪排空。第24節(jié)窯頂部、底部各設(shè)置一排風(fēng)扇，以450向窯內(nèi)吹入冷空氣。熱交換風(fēng)機(jī)G將冷空氣送入熱交換器，空氣被加熱后送入窯下干燥器（在窯下干燥器的第3節(jié)一側(cè)設(shè)置一進(jìn)氣口），在干燥器第1節(jié)一側(cè)設(shè)置一抽風(fēng)口，由干燥器抽風(fēng)機(jī)F抽出廢氣經(jīng)煙囪排出；在干燥器第24節(jié)一側(cè)設(shè)置吹冷風(fēng)機(jī)。在第518節(jié)，節(jié)之間輥道上、下方各設(shè)置檔板，上方采用耐火纖維板吊掛，下方用高鋁磚砌筑；12節(jié)、16節(jié)在靠近窯尾處再增設(shè)一檔板。在進(jìn)窯口，第3節(jié)靠近窯尾處，第3、4節(jié)，18、1

6、9節(jié)，21、22節(jié)，節(jié)之間設(shè)置閘板。B燃燒系統(tǒng)1、燒嘴設(shè)置在第516節(jié)和第18節(jié)，每節(jié)分別在輥上、下各設(shè)置兩對燒嘴，輥上下燒嘴及對側(cè)燒嘴均互相錯(cuò)開排列。在輥道上方每個(gè)燃燒器對側(cè)窯墻分別設(shè)置一個(gè)火焰觀察孔。2、煤氣輸送裝置煤氣由升壓風(fēng)機(jī)升壓，通過管道、閥門、總管煤氣處理系統(tǒng)，送至各節(jié)燒嘴，助燃空氣由風(fēng)機(jī)通過管道、閥門送到燒嘴?？偣苊簹馓幚硐到y(tǒng)：汽水分離器過濾器過濾器調(diào)壓器。煤氣總管尺寸，參考引進(jìn)窯尺寸，考慮本廠煤氣熱值較低及為了較好穩(wěn)定煤氣壓力，內(nèi)徑選取偏大值，故內(nèi)徑取200mm。C、檢查處理系統(tǒng)第13節(jié)，每節(jié)分別在兩側(cè)輥上、下各設(shè)一對檢查處理口，上、下對側(cè)互相錯(cuò)開；第4節(jié)、17節(jié)在兩側(cè)輥下方各

7、設(shè)置一個(gè)檢查處理口，位置靠近窯尾方向；第516節(jié)和第18節(jié)，每節(jié)分別在輥下方設(shè)置一個(gè)檢查處理口，對側(cè)錯(cuò)開；第1923節(jié)，每節(jié)分別在兩側(cè)下方各設(shè)置3個(gè)檢查處理口，對側(cè)相對。五、窯體材料整個(gè)窯體由金屬支架支承，窯體外殼除第48節(jié)的頂部外，都由金屬板構(gòu)成，第24節(jié)全部由金屬板及支架構(gòu)成。支承鋼架結(jié)構(gòu)仿制引進(jìn)窯，省略設(shè)計(jì)計(jì)算。窯體材料的選擇如表3所示。表3窯體材料的選擇1、窯前段（1-3節(jié)）（1）底部及下側(cè)壁材質(zhì)使用溫度/密度/gcm-3導(dǎo)熱系統(tǒng)/W/（m）-1厚度/mm隔熱層耐火混凝土900 0.350.81(20400) 膨脹縫礦渣棉7000.0120.45(20) （2）頂部及上側(cè)壁（內(nèi)壁：金屬

8、板）隔熱層礦渣棉7000.0120.45（20） （3）中間輥筒部位孔磚輕質(zhì)高鋁磚(PM)-1.013001.00.66+810-5t 填充層硅酸鋁耐火纖維束11500.070.10.3 2、冷卻段（1923節(jié)）（1）底部及下側(cè)壁隔熱層耐火混凝土900 0.35-0.81（20-400） 膨脹縫礦渣棉7000.0120.45（20） （2）頂部及上側(cè)壁（內(nèi)壁：金屬板）隔熱層礦渣棉7000.0120.45（20） （3）中間輥筒部位孔磚輕質(zhì)高鋁磚13001.00.66+810-5t 填充層陶瓷棉12500.070.1-0.3 3、預(yù)熱段、急冷區(qū)、過渡區(qū)（4-11、17-18節(jié)）（1）底部耐火層輕

9、質(zhì)高鋁磚13001.00.66+810-5t65隔熱層硅藻土磚900 161膨脹縫硅酸鋁耐火纖維束13500.070.10.310（2）頂部：使用懸掛式吊頂結(jié)構(gòu)耐火層輕質(zhì)高鋁磚18001.00.66+810-5t300隔熱層蛭石8000.10.0520.058 膨脹縫硅酸鋁耐火纖維束11500.070.1-0.3150（3）側(cè)部耐火層輕質(zhì)高鋁磚13001.00.66+810-5t113隔熱層硅酸鋁耐火纖維束13500.30.10.2197檢查處理口輕質(zhì)高鋁磚14001.20.66+810-5t 壓頂磚 （4）燒嘴周圍耐火層輕質(zhì)高鋁磚14001.20.66+810-5t 隔熱層溫石棉6002.3

10、0.07 （5）中間輥筒部位耐火層（孔磚）輕質(zhì)高鋁磚14001.20.66+810-5t 填充層陶瓷棉13500.070.1-0.3 （6）膨脹縫及結(jié)合處膨脹縫硅酸鋁耐火纖維束13500.070.1-0.3 節(jié)間彈性連接硅酸鋁耐火纖維板13500.30.1-0.2 4、燒成帶（12-16節(jié)）（1）底部耐火層輕質(zhì)高鋁磚，（PM-1.0）14001.00.66+810-5t130隔熱層硅藻土磚900 0.35-0.81130硅酸鋁耐火纖維束13500.20.1-0.3100（2）頂部：采用懸掛式吊頂結(jié)構(gòu)耐火層輕質(zhì)高鋁磚14001.00.66+810-5t300隔熱層蛭石8000.10.052-0.

11、058 硅酸鋁耐火纖維束11500.070.10.3150（3）側(cè)部耐火層輕質(zhì)高鋁磚（PM）-114001.00.66+810-5t113隔熱層硅酸鋁耐火纖維氈13500.30.10.2119硅酸鋁耐火纖維束13500.20.10.378檢查處理口輕質(zhì)高鋁磚14001.20.66+810-5t 壓頂磚（PM）-1.2 （4）燒嘴周圍耐火層輕質(zhì)高鋁磚14001.20.66+810-5t 隔熱層溫石棉6002.30.07 （5）中間輥筒部位耐火層（孔磚）輕質(zhì)高鋁磚（PM）-1.214001.20.66+810-5t 填充層硅酸鋁耐火纖維束13500.070.10.3 （6）膨脹縫及結(jié)合處膨脹縫硅酸

12、鋁耐火纖維束13500.070.1-0.3 節(jié)間彈性連接硅酸鋁耐火纖維氈13500.30.1-0.2 六、燃料燃燒計(jì)算1、空氣量（標(biāo)準(zhǔn)情況下）當(dāng)QDW5233.8kJ/m3時(shí)，用經(jīng)驗(yàn)公式：理論空氣量 取空氣過剩系數(shù) 實(shí)際空氣量： 2、煙氣量（標(biāo)準(zhǔn)情況下）當(dāng)QDW5233.8kJ/m3時(shí)，用經(jīng)驗(yàn)公式：理論空氣量 實(shí)際煙氣量：Vg=1.91+(1.15-1.0)1.09=2.07(m3/m3煤氣)3、燃燒溫度理論燃燒溫度 已知ta=tf=20 ），cf=1.32kJ/(m3)設(shè)tth=1500，查有關(guān)表得cf=1.635(kJ/m3) ()求得溫度與假設(shè)溫度相對誤差： ，所設(shè)合理，取高溫系數(shù) =0

13、.85，實(shí)際溫度tp=0.851564=1329，比要求溫度1245高出84，基本合理。熱平衡計(jì)算熱平衡計(jì)算包括預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡計(jì)算和冷卻帶熱平衡計(jì)算，這里僅以預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡計(jì)算為例來說明其計(jì)算方法，冷卻帶熱平衡計(jì)算在此略去。預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡計(jì)算的目的在于求出燃料消耗量。熱平衡計(jì)算必須選定計(jì)算基準(zhǔn)，這里時(shí)間以1h為計(jì)算基準(zhǔn)，0為基準(zhǔn)溫度。A熱收入項(xiàng)目第1-3節(jié)熱源為煙氣余熱，即利用煙氣帶走顯熱，所以13節(jié)不列入熱平衡計(jì)算中，但是計(jì)算時(shí)，應(yīng)以第3節(jié)坯體計(jì)算坯體帶入顯熱，以第4節(jié)煙氣溫度值計(jì)算煙氣帶走顯熱。1、坯體帶入顯熱Q1取燒成灼減5入窯干制品質(zhì)量 入窯制品含自由水2，濕基制品質(zhì)

14、量 制品入窯第4節(jié)時(shí)溫度t1=250，入窯制品比熱容 )2、燃料帶入化學(xué)熱及顯熱Qf煤氣低熱值QDW=5233.8kJ/m3入窯煤氣溫度tf=20，20時(shí)煤氣比熱溶Cf=1.32kJ/(m3)設(shè)煤氣消耗量為xm3/h 3、助燃空氣帶入顯熱Qa助燃空氣溫度ta=20，20時(shí)空氣比熱容Ca=1.30kJ/(m3)助燃空氣實(shí)際總量Va,總=Vax=1.25x(m3/h) =Va,總cata=1.25x1.320=32.5x(kJ/h)4、預(yù)熱帶漏入空氣帶入顯熱Q。取預(yù)熱帶空氣過剩系數(shù) ，漏入空氣溫度ta=20, Ca=1.3漏入空氣總量 B熱支出項(xiàng)目1、產(chǎn)品帶出顯熱Q2燒成產(chǎn)品質(zhì)量G3=G195=7

15、83.895%=744.6(kg/h)制品出燒成帶（第16節(jié)）溫度t2=1245制品平均比熱容C2=0.84+2610-51245=1.16kJ/(kg) 2、窯體散失熱將計(jì)算窯段分為兩部分，即第411節(jié)：4001000，取平均值700；第1216節(jié)：10001245，取平均值1123。(1)第411節(jié)，窯外壁表面平均溫度40，窯內(nèi)壁平均溫度700。a窯頂高鋁磚導(dǎo)熱系數(shù) ），厚度 耐火纖維導(dǎo)熱系數(shù) )，厚度 熱流 窯頂散熱面積A頂= b. 窯墻：高鋁磚平均導(dǎo)熱系數(shù) ），厚度 耐火纖維導(dǎo)熱系數(shù) ），厚度 熱流 一側(cè)窯墻散熱面積 c.窯底：在窯下面與干燥器間裝有100mm厚耐火纖維起保溫作用。高鋁

16、磚導(dǎo)熱系數(shù) )，厚度 硅藻磚導(dǎo)熱系統(tǒng) )，厚度 耐火纖維導(dǎo)熱系數(shù) )，厚度 熱流 窯底散熱面積 窯體總散熱量：Q3=62395+67423+48529+71816+104267+72323=426753（kJ/h）3物化反應(yīng)耗熱Q4（1）自由水蒸發(fā)吸熱Qw自由水質(zhì)量Gw=G2-G3=799.8-783.8=16.0(kg/h)煙氣離窯溫度tg=400（2）其余物化反應(yīng)熱Qr用Al2O3反應(yīng)熱近似代替物化反應(yīng)熱入窯干制品質(zhì)量G1=783.8kg/h，Al2O3含量=20故 4、煙氣帶走顯熱Qg離窯煙氣總量 煙氣離第4節(jié)窯溫度tg=400，400時(shí)煙氣比熱容Cg=1.45(kJ/m3)5其他熱損失

17、Q5根據(jù)經(jīng)驗(yàn)占熱收入的5Q5=（Q1+Qf+Qa+Qa）0.05=(180955+5260.2x+32.5x+24.2x)0.05=9048+265.8xC熱平衡方程 每小時(shí)燒成產(chǎn)品質(zhì)量為744.6kg/h.所以，公斤產(chǎn)品熱耗= 表4為預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡表。表4 預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡表熱收入熱支出項(xiàng)目kJ/h%項(xiàng)目kJ/h%坯體帶入顯熱1809556.18產(chǎn)品帶出顯熱107535136.72燃料化學(xué)熱及顯熱271952392.82窯爐散失之熱42675314.57助燃空氣顯熱168030.57物化反應(yīng)熱38138913.02漏入空氣顯熱125110.43煙氣帶走顯熱89958030.71 其

18、他熱損失1464745.00總計(jì)2929792100.00總計(jì)2929547100.00八、燒嘴的選擇考慮到該廠已有引進(jìn)窯，選用WELKO公司HS20000型燒嘴，它由煤氣噴嘴、助燃 空氣噴嘴和燒嘴磚組成。煤氣節(jié)流孔板孔徑：燒成帶第1216節(jié)，取直徑8.7mm，預(yù)熱帶第5-11節(jié)，取直徑5.6mm?？諝鈬娮齑晒軆?nèi)徑：燒成帶第12-16節(jié)，取直徑6.5mm，預(yù)熱帶第5-11節(jié)，取直徑4.5mm.。燒嘴磚耐火材料選用：莫來石輕質(zhì)高鋁磚，最高使用溫度1420，密度1.2g/cm3。九、管道計(jì)算、阻力計(jì)算、風(fēng)機(jī)選型A計(jì)算抽煙風(fēng)機(jī)的管道尺寸、阻力損失，對風(fēng)機(jī)選型（1）管道尺寸排煙系統(tǒng)需排除煙氣量； 煙氣

19、在金屬管中流速 ，據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取 。煙氣抽出時(shí)實(shí)際體積V； （1）總煙管尺寸內(nèi)徑 總管內(nèi)徑取直徑為360mm，長度4m。（2）分煙管尺寸分管流量 內(nèi)徑 分管內(nèi)徑取210mm，長度為3.2m（3）支管尺寸支管流量V=V/6=1.06/6=0.177(m3/s)內(nèi)徑 支管內(nèi)徑直徑150mm，頂部支管長定為1.1m，兩側(cè)支管長定為0.5m。（4）熱交換器熱交換管選直徑83mm3.5mm無縫鋼管，內(nèi)徑d交=76mm，長度取2m?？紤]粉塵阻塞與熱交換的需要，流速 交取2m/s。熱交換管條數(shù) 熱交換管條數(shù)取118條。熱交換管外表面積S=3.140.0832118=61.5(m2)，引進(jìn)窯熱交換管外表面積為3

20、.140.0322397=79.8（m2）,(79.8-61.5)/79.8100%=23%，新窯熱交換表面積比引進(jìn)窯少23，但新窯需熱交換量比引進(jìn)窯少35%以上，取118條能滿足要求。（2）阻力計(jì)算（1）料垛阻力hi根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每米窯長料垛阻力為0.5Pa。設(shè)O壓在11-12節(jié)交界處，則hi=（7+0.5）節(jié)2.13m/節(jié)0.5Pa=8Pa。（2）位壓阻力hg煙氣從窯爐至風(fēng)機(jī)，高度升高H=1.8m，此時(shí)幾何壓頭為煙氣流動(dòng)的動(dòng)力即負(fù)位壓阻力，煙氣溫度400。 （3）局部阻力he局部阻力 由表查得：煙氣從窯爐進(jìn)入支管： 1=1支煙管進(jìn)入分煙管： 2=1.5并900急轉(zhuǎn)彎： 3=1.5分管900急轉(zhuǎn)彎

21、： 4=1.5分管900圓弧轉(zhuǎn)彎： 5=0.35 （r/d=2）分管進(jìn)入總管： 6=1.5并900急轉(zhuǎn)彎： 7=1.5進(jìn)入交換管： 8=0.28為簡化計(jì)算，煙管中煙氣流速均按10m/s計(jì)，煙氣溫度均按400計(jì)，雖在流動(dòng)過程中煙氣會(huì)有溫降，但此時(shí)流速會(huì)略小，且取定的截面積均比理論計(jì)算的偏大，故按此值算出的局部阻力只會(huì)略偏大，能滿足實(shí)際操作需要。 （4）摩擦阻力hf摩擦阻力系數(shù)：金屬管取 1=0.03，熱交換管取 2=0.05（粉塵粘壁嚴(yán)重）。 煙囪阻力忽略不計(jì)（可由本身幾何壓頭來克服）。風(fēng)機(jī)應(yīng)克服總阻力 （3）風(fēng)機(jī)選型為保證正常工作，取風(fēng)機(jī)抽力余量0.5。所以選型應(yīng)具備風(fēng)壓：H=（1+0.5）255.2=382.8(Pa)流量取儲(chǔ)備系數(shù)1.5，風(fēng)機(jī)排出煙氣平均溫度250。 選用風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)考慮窯爐有時(shí)空氣、煤氣比例失調(diào)，大量增加煙氣量，增大抽風(fēng)阻力，熱交換器粉塵阻塞，造成較大阻力，選型時(shí)全風(fēng)壓留有較大余地。所選風(fēng)機(jī)見表5。B其他系統(tǒng)管道尺寸確定、風(fēng)機(jī)選型根據(jù)引進(jìn)輥道窯數(shù)據(jù)，結(jié)合本窯具體情況和已經(jīng)計(jì)算出來的抽煙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來確定其他系統(tǒng)的風(fēng)管尺寸、風(fēng)機(jī)型號。省略風(fēng)量計(jì)算、阻力計(jì)算。各系統(tǒng)管理尺寸、風(fēng)機(jī)型號規(guī)格見表5、表6。表5 窯主體系統(tǒng)管理尺寸、