年產(chǎn)70萬(wàn)㎡?；u氣燒輥道窯設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)70萬(wàn)?；u氣燒輥道窯設(shè)計(jì)（窯爐課程設(shè)計(jì)） 學(xué) 院： 材料與化學(xué)工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 14級(jí) 材料工程技術(shù) 學(xué)生姓名： 柳 俊 峰 指導(dǎo)老師： 肖 素 萍 2016年 06月 24日10一、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)700000地磚；2.產(chǎn)品規(guī)格:500×500×12 ()，密度：2.3×kg/；3.年工作日：335天；4.燃料：液化石油氣（熱值100 ，主要成分丙烷，丁烷，氣液共存壓力0.881.47Mpa，出自熱工手冊(cè)）；5.坯入窯含水量：2；6.原料組成：CaO灼減7019.50.40.20.1

2、0.84.0 4.27.最高燒成溫度：1250； 8.燒成合格率：90%；9.燒成制度：（1）溫度制度：燒成周期48分鐘；（2）氣氛制度：全窯氧化氣氛；（3）壓力制度：預(yù)熱帶負(fù)壓操作-40-25Pa燒成帶微正壓8Pa,冷卻帶正壓；二、窯體主要尺寸的確定2.1進(jìn)窯磚坯尺寸：產(chǎn)品規(guī)格：500×500×12 mm產(chǎn)品寬度500mm，考慮燒成收縮為5%，四周預(yù)留拋光尺寸為7mm,則：坯體尺寸=產(chǎn)品尺寸÷（1-燒成收縮）=500÷（1-5%）+2×7 mm2.2內(nèi)寬的確定與排磚方法：由于現(xiàn)在的輥棒等材料性能的提高，且輥道窯大多采用吊頂結(jié)構(gòu)，所以此次設(shè)計(jì)成

3、寬體輥道窯。再根據(jù)產(chǎn)量，所用的燃料（液化石油氣）等因素，所以暫定窯內(nèi)寬B =2000mm 。而坯體離窯墻內(nèi)壁一般有100200 mm 間隙，取150 mm。根據(jù)了解，橫向的坯體是緊貼在一起，并沒有留間隙。所以內(nèi)寬等于磚坯尺寸×每排片數(shù)磚坯離窯內(nèi)壁的間距。則可排磚數(shù)為： 片故確定并排3片，則窯內(nèi)寬 B=540×3+150×2=1920 最后定窯內(nèi)寬為 1920 mm。2.3內(nèi)高的確定：輥道窯的內(nèi)高被輥?zhàn)臃指舫奢伾细吆洼佅赂邇刹糠?。?duì)于輥上高的設(shè)置，要考慮以下四個(gè)方面：損壞的坯體能否順利從輥棒之間掉下去，燒嘴的設(shè)置也要有一定的高度，氣體與坯體之間的換熱強(qiáng)度，氣流通暢與

4、燃燒空間。而對(duì)于輥下高的設(shè)置而言，主要是損壞的坯體能否順利從輥棒之間掉下去即保證處理事故的方便。從傳熱角度來(lái)講，燒成帶以輻射為主，所以氣體厚度要大點(diǎn)，內(nèi)高稍高些。而預(yù)熱帶以對(duì)流換熱為主，所以內(nèi)高比燒成帶低，使得橫截面減小，流速加快，提高對(duì)流換熱強(qiáng)度。再結(jié)合其它三方面，內(nèi)高的設(shè)置如下（單位mm）： 溫度較抵處：預(yù)熱升溫段400900 即110節(jié) 冷卻降溫段70080 即2227節(jié)溫度較高處：燒成升溫段9001250 即1018節(jié) 急冷降溫段1250700 即1921節(jié)位置:第1-10，22-27節(jié)第11-18節(jié)第19-21節(jié)輥上高350450450輥下高350350350內(nèi)總高700800800

5、（單位mm）2.4燒成制度的確定：（1）溫度制度：考慮到入窯水分比較低，可以快速升溫而不會(huì)使坯體炸裂。燒成周期:48 min；各溫度段的劃分與升溫速率：名稱溫度/時(shí)間/min升溫速率/·min-1長(zhǎng)度比例/%窯前段4025063512.5預(yù)熱帶250105016.847.635燒成帶1050125082516.7冷卻帶12508017.26835.8累計(jì)48100（2）氣氛制度：全窯氧化氣氛；（3）壓力制度：預(yù)熱帶-15-10Pa，燒成帶 < 8Pa；2.5窯長(zhǎng)及各帶長(zhǎng)的確定：現(xiàn)在窯爐已經(jīng)向?qū)掦w化、自動(dòng)化、輕型化發(fā)展，已經(jīng)有長(zhǎng)300多米的寬體窯。其主要原因是現(xiàn)在的輥棒的質(zhì)量的提

6、高，還有各種材料的飛速發(fā)展。（1）窯長(zhǎng)的確定 同一列磚磚距取20 mm ，則 裝窯密度 所以窯長(zhǎng)m 取54m此次采用裝配式，由若干節(jié)聯(lián)結(jié)而成。由于制品的尺寸是500×500×12，且輥棒在高溫的時(shí)候會(huì)有一些變形?？紤]這些因素，設(shè)計(jì)棍棒中心間距為100。設(shè)計(jì)每節(jié)20根棍棒，即每節(jié)長(zhǎng)2000，節(jié)與節(jié)聯(lián)接的長(zhǎng)度為8。則節(jié)數(shù) （節(jié)） 取節(jié)數(shù)為 27 節(jié)。因而窯長(zhǎng)度為： mm （2）各帶長(zhǎng)的確定對(duì)于冷卻帶各段的設(shè)置：剛剛進(jìn)入急冷階段時(shí)，坯體仍處于熔融的朔性狀態(tài)，不容易產(chǎn)生應(yīng)力，可以急冷而不開裂，因?yàn)楦邷叵碌膽?yīng)力大部分被液相的彈性和流動(dòng)性所補(bǔ)償。該階段要設(shè)置好急冷的控制溫度。過低，產(chǎn)生

7、風(fēng)裂；過高，給緩冷造成壓力，甚至也會(huì)產(chǎn)生風(fēng)裂。而緩冷段主要是提供石英晶型轉(zhuǎn)變的場(chǎng)所，故緩冷區(qū)要足夠長(zhǎng)，使降溫過程平穩(wěn)緩慢，安全度過石英晶型轉(zhuǎn)換期。所以三段的時(shí)間分配分別為5.7，7.6，3.9分鐘。據(jù)燒成曲線中溫度的劃分，各段長(zhǎng)度：窯前段： mm 取 3 節(jié) 長(zhǎng)度= mm預(yù)熱帶： mm 取 10節(jié) 長(zhǎng)度= mm燒成帶： mm 取 5節(jié) 長(zhǎng)度= mm冷卻帶： mm 取 9節(jié) 長(zhǎng)度= mm急冷段： （節(jié)） 取 3節(jié) 長(zhǎng)度= mm緩冷段： （節(jié)） 取 4節(jié) 長(zhǎng)度= mm快冷段： （節(jié)） 取 2節(jié) 長(zhǎng)度= mm圖2.5（2）窯爐各帶劃分及編號(hào)溫度段（）時(shí)間（min）升溫速率（/min）節(jié)數(shù)編號(hào)窯前段4

8、025063531，2，3預(yù)熱帶2507508.856.854，5，6，7，87501050837.559，10，11，12，13燒成帶10501250540314，15，1612503217，18急冷段12507005.796.5319，20，21緩冷段7004007.639.5422，23，24，25快冷段400803.982.05226，27（3）輥道窯窯頭、窯尾工作臺(tái)長(zhǎng)度窯頭工作臺(tái)是制品進(jìn)窯燒成的必經(jīng)之路，也是使制品整齊有序進(jìn)窯的停留之處。窯頭工作臺(tái)不宜太長(zhǎng)，只要能滿足要求即可，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為3.3米。窯尾工作臺(tái)是燒成后的產(chǎn)品從窯內(nèi)出來(lái)，再經(jīng)人工檢驗(yàn)產(chǎn)品的部位。由于出窯產(chǎn)品溫度一般高達(dá)

9、80，所以窯尾的工作臺(tái)不宜太短，目的是使制品有足夠的時(shí)間冷卻，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為5.4米。（4）窯體總長(zhǎng)度的確定窯體總長(zhǎng)度542083300540062908 mm三、工作系統(tǒng)的確定輥道窯的工作系統(tǒng)包括排煙系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等，下面是各系統(tǒng)的初步安排。1.排煙系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)及其管路主要作用是將預(yù)熱帶、燒成帶中產(chǎn)品排放的廢氣及燃燒產(chǎn)生的廢氣排出窯外。為提高熱效率，此次設(shè)計(jì)采用窯頭集中排煙方式排煙，在窯前段第1節(jié)以及預(yù)熱帶第4節(jié)設(shè)置抽煙口，其中第4節(jié)為主抽煙口。每節(jié)在窯頂、窯底分別設(shè)置兩個(gè)排煙口進(jìn)行排煙，在各出煙口分別用圓管引出，匯總到上下排煙分管，最后匯總到窯頂?shù)呐艧熆偣?/p>

10、中。設(shè)置一排煙分機(jī)，同時(shí)留一個(gè)風(fēng)機(jī)備用。在總煙道上設(shè)置總風(fēng)閘，防止煙氣溫度過高損壞風(fēng)機(jī)，另在煙道上還設(shè)計(jì)了一過濾網(wǎng)。2. 燃燒系統(tǒng)為了利于燒成帶溫度的調(diào)節(jié)，同時(shí)由于所用燃料為高熱值輕污染的液化石油氣燃料，因此本設(shè)計(jì)采用北京神霧熱能技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的LYS2系列液化氣燒嘴，周圍材質(zhì)采用重質(zhì)高鋁磚耐火材料。3.冷卻系統(tǒng)制品在冷卻帶有晶體成長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化的過程，并且冷卻出窯，是整個(gè)燒成過程最后的一個(gè)環(huán)節(jié)。從熱交換的角度看，冷卻帶實(shí)質(zhì)上是一個(gè)余熱回收設(shè)備，它利用制品在冷卻過程中所放出的熱量來(lái)加熱空氣，余熱風(fēng)可供干燥或者作助燃風(fēng)用，達(dá)到節(jié)能的目的。4.溫度控制系統(tǒng)熱電偶的設(shè)置應(yīng)當(dāng)適合。在關(guān)鍵點(diǎn)一定要設(shè)置熱

11、電偶，還有像在高溫區(qū)要注意上下溫差，所以上下應(yīng)當(dāng)都要設(shè)置。5.傳動(dòng)系統(tǒng)目前窯爐的傳動(dòng)方式有鏈傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)、螺旋齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)和直齒輪傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，早期的輥道窯大多采用鏈傳動(dòng)，但鏈傳動(dòng)不夠平穩(wěn)，鏈條較長(zhǎng)時(shí)易發(fā)生爬行現(xiàn)象。摩擦傳動(dòng)比較平穩(wěn)，但可靠性稍差。齒輪傳動(dòng)具有明顯的可靠性和平穩(wěn)性，不過，由于齒與齒之間為點(diǎn)接觸，容易磨損，對(duì)安裝和潤(rùn)滑要求較高。用的較多的是螺旋齒輪傳動(dòng)。電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)裝置也有兩種形式：一是長(zhǎng)軸傳動(dòng)，其特點(diǎn)是一臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)一根與窯長(zhǎng)差不多的長(zhǎng)軸，通過二級(jí)減速將動(dòng)力分配若干組，長(zhǎng)軸上裝有離合器。一是多電機(jī)傳動(dòng)，特點(diǎn)是將窯分成若干組，幾個(gè)模數(shù)段為一組，每組由一臺(tái)

12、電機(jī)傳動(dòng)，采用變頻調(diào)速，所有電機(jī)可同時(shí)運(yùn)行，每臺(tái)亦可單獨(dú)運(yùn)行，我們現(xiàn)在使用的就是多電機(jī)傳動(dòng)。6. 窯體附屬結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)將事故處理設(shè)在輥下，且事故處理孔下面與窯底面平齊，以便于清除出落在窯底上的磚坯碎片。為加強(qiáng)窯體密封，應(yīng)盡量少設(shè)置事故處理口，而為了便于處理事故，兩側(cè)墻事故處理一般采用交錯(cuò)布置形式，為了能清除窯內(nèi)任何位置上的事故而不造成“死角”，兩相鄰事故處理孔間距不應(yīng)大于事故處理孔對(duì)角線延長(zhǎng)線與對(duì)側(cè)內(nèi)壁交點(diǎn)連線。經(jīng)過計(jì)算，取事故處理孔尺寸為：輥下處理孔360×115mm，輥上處理孔 230×115 mm。根據(jù)同側(cè)事故處理孔距離L2（b+c）=2b（1+B）/=2×3

13、60（1+2008）/360=4018，經(jīng)過計(jì)算，取L=4016mm。同時(shí)考慮到實(shí)際情況，結(jié)合一些先進(jìn)窯爐的經(jīng)驗(yàn)，具體布置如下：在低溫段：40600之前，以及緩冷帶，快冷帶第2227節(jié)每3節(jié)設(shè)一輥上事故處理口，輥上事故處理口一共設(shè)置5個(gè)。全窯每2節(jié)之間設(shè)置一輥下事故處理口，從進(jìn)窯的第2節(jié)開始布置。四、窯體材料確定整個(gè)窯體由金屬支架支撐。窯體材料要用耐火材料和隔熱材料。4.1窯體材料確定原則：耐火材料必須具有一定的強(qiáng)度和耐火性能以便保證燒到高溫窯體不會(huì)出現(xiàn)故障。隔熱材料的積散熱要小，材質(zhì)要輕，隔熱性能要好，節(jié)約燃料。而且還要考慮到廉價(jià)的材料問題，在達(dá)到要求之內(nèi)盡量選用價(jià)廉的材料以減少投資。窯體材

14、料厚度的確定原則：（1為了砌筑方便的外形整齊，窯墻厚度變化不要太多。（2材料的厚度應(yīng)為磚長(zhǎng)或磚寬的整數(shù)倍；墻高則為磚厚的整數(shù)倍，盡量少砍磚。（3厚度應(yīng)保證強(qiáng)度和耐火度?？傊G體材料及厚度的確定在遵循以上原則得計(jì)出上，還要考慮散熱少，投資少，使用壽命長(zhǎng)等因素。4.2整個(gè)窯爐的材料表名稱材質(zhì)使用溫度導(dǎo)熱系數(shù)厚度低溫段16節(jié)，2227節(jié)窯頂耐火層輕質(zhì)粘土磚11500.35230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000.1390窯墻耐火層輕質(zhì)粘土磚11500.35230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000.13130窯底耐火層輕質(zhì)粘土磚11500.35130隔熱層硅藻土磚1000以下0.1+0.000228t1

15、95中溫段710節(jié)窯頂耐火層輕質(zhì)粘土磚11500.80+0.00026t230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000.13130窯墻耐火層輕質(zhì)粘土磚11500.80+0.00026t230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000.13130窯底耐火層輕質(zhì)粘土磚11500.80+0.00026t130隔熱層硅藻土磚1000以下0.1+0.000228t195高溫段1121節(jié)窯頂耐火層輕質(zhì)高粘磚14000.45230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000.13130窯墻耐火層輕質(zhì)高粘磚14000.45230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000.13130窯底耐火層輕質(zhì)高粘磚14000.45230隔熱層硅藻土磚1000以下

16、0.1+0.000228t195五、燃料及燃燒計(jì)算A、根據(jù)熱工手冊(cè)相關(guān)資料差得，液化石油氣低發(fā)熱量,在本設(shè)計(jì)中取平均熱值100，主要成分丙烷、丁烷，氣液共存壓力0.881.47Mpa。B、液化石油氣作為燃料有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）熱值很高，是氣體燃料中最高的。（2）理論空氣量高達(dá)2430Nm3/Nm3，因此，助燃空氣與之混合完全比天燃?xì)飧鼮槔щy。可以用空氣或煙氣先沖稀液化石油氣，然后使用。但用空氣稀釋時(shí)，不得在著火濃度范圍內(nèi)以防爆炸。通常規(guī)定液化石油氣體積濃度必須高于著火濃度范圍上限的1.5倍。（3）火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?，燃燒緩慢，但較天燃?xì)饪煲恍?。?）純凈。一般含硫少，是燒制高檔陶瓷產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)燃料

17、。（5）密度較大，約為同溫度及壓力下的空氣的1.52.0倍，泄漏時(shí)往下沉，易與空氣混合達(dá)到著火濃度范圍內(nèi)，遇火發(fā)生爆炸。（6）一般液化石油氣蒸氣壓較高。在37.8時(shí)約為0.91.5Mpa。這作為氣體燃料是有利的。但在使用中必須要求氣化站減壓閥良好，以保證安全。5.1理論空氣量計(jì)算：根據(jù)熱工手冊(cè)計(jì)算液化石油氣經(jīng)驗(yàn)公式可得，理論空氣量 取空氣過剩系數(shù)1.15：實(shí)際空氣量： 5.2煙氣量計(jì)算：根據(jù)熱工手冊(cè)計(jì)算液化石油氣煙氣的經(jīng)驗(yàn)公式可得，理論煙氣量 （對(duì)液化石油氣=4.5）實(shí)際煙氣量： 5.3燃燒溫度計(jì)算：理論燃燒溫度： 已知，假設(shè)，則所以求得溫度與假設(shè)溫度相對(duì)誤差所設(shè)合理，取高溫系數(shù)0.8，實(shí)際溫

18、度 。比要求溫度1250高出274，基本合理。燃料溫度完全能達(dá)到燃燒要求，符合快速燒成條件，無(wú)需再通過預(yù)熱助燃風(fēng)即可滿足要求，因此本窯不用熱風(fēng)助燃。六、物料平衡計(jì)算原料組成：CaO灼減7019.50.40.20.10.84.04.2?；u密度為，產(chǎn)品尺寸為500×500×12mm,每小時(shí)燒成制品質(zhì)量： 每小時(shí)燒成干坯的質(zhì)量： 每小時(shí)欲燒成濕坯的質(zhì)量（含水量為2 %）： 每小時(shí)蒸發(fā)自由水的質(zhì)量： 每小時(shí)從精坯中產(chǎn)生的CO2： 每小時(shí)從精坯中分解出來(lái)的結(jié)構(gòu)水 七、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。預(yù)熱帶熱平衡計(jì)算的目的在于求出燃料消耗熱量，冷卻帶熱平衡計(jì)算目的在于計(jì)算出冷空氣鼓入量和熱風(fēng)抽出量。另外，通過熱平衡計(jì)算可以看出窯爐的工作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等各方面是否合理，哪項(xiàng)消耗最大，能否采取改進(jìn)措施。熱平衡分析:熱支出項(xiàng)中，產(chǎn)品帶走顯熱，物化反應(yīng)耗熱