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第三章陶瓷窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1輥道窯設(shè)計(jì)計(jì)算輥道窯的設(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)算例以某廠消化吸收進(jìn)引進(jìn)窯自行設(shè)計(jì)的一條氣燒明焰輥道窯為例來(lái)說(shuō)明輥道窯設(shè)計(jì)計(jì)算步驟。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算schoolofmaterialscienceandengineeringSUST3.1.1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:
100×200×7,200×200×8,
200×300×8,300×300×9(mm)3.年工作日:300天
4.燃料:半水煤氣,熱值5233.8kJ/m3,壓力0.1~0.16MPa,供氣量800m3/h5.坯入窯含水量:≤2%
6.原料組成:中粘性土,石英,風(fēng)化長(zhǎng)石各占30%,還有適量低溫溶劑原料陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算schoolofmaterialscienceandengineeringSUST7.燒成制度
(1)溫度制度:①燒成周期:72min
②各帶劃分:燒成周期比原引進(jìn)WELKO公司輥道窯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3-1。表3-1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-1長(zhǎng)度比例/%
窯前段40~2509.222.813
預(yù)熱帶400~1050252633燒成帶1050~12451216.2518
冷卻帶1245~8025.845.1636
累計(jì)72100schoolofmaterialscienceandengineeringSUST陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算(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。3.1.2窯型選擇設(shè)計(jì)考慮到該廠已引進(jìn)WELKO公司FRW2000型輥道窯,該窯設(shè)計(jì)合理,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),摩擦式聯(lián)接輥筒,傳動(dòng)平衡,維護(hù)方便,無(wú)級(jí)調(diào)速,控制靈活。設(shè)計(jì)認(rèn)為,F(xiàn)RW2000型窯爐適合該廠使用,通過(guò)仿制吸收其先進(jìn)技術(shù),又有助于加深對(duì)原窯的認(rèn)識(shí),更好管理窯爐,新舊窯零部件可互用,節(jié)約資金。因此,窯型選擇為仿FRW2000型煤氣輥道窯。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.3窯體主要尺寸的計(jì)算
1.窯內(nèi)寬:以200mm×200mm產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)算,參考原引進(jìn)窯,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(zhǎng):計(jì)算窯容量:陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算同一列磚磚距取40mm,則:裝窯密度=每米排數(shù)×每排片數(shù)×每片磚面積(m2/每米窯長(zhǎng))=[1000/(200+40)]×6×0.22
=1(m2/每米窯長(zhǎng))故窯長(zhǎng)L=50÷1=50(m)
利用裝配式,由若干節(jié)聯(lián)接而成,設(shè)計(jì)每節(jié)長(zhǎng)度為2120mm,節(jié)間聯(lián)接長(zhǎng)度8mm,總長(zhǎng)度2128mm,節(jié)數(shù)=50000/2128=23.5節(jié),取節(jié)數(shù)為24節(jié)。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算窯長(zhǎng)度為:L=2120×24=51064mm各帶長(zhǎng)度:窯前段:51064×13%=6640,取3節(jié),長(zhǎng)度=3×2128=6384(mm)
預(yù)熱帶:51064×33%=16851,取8節(jié),長(zhǎng)度=8×2128=17024(mm)
燒成帶:51064×17%=8681,取4節(jié),長(zhǎng)度=4×2128=8512(mm)
冷卻帶:51064×37%;18894,取9節(jié),長(zhǎng)度=9×2128=19152(mm)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)年產(chǎn)Xm2的600mm×600mm×8mm的瓷質(zhì)磚氣燒輥道窯,請(qǐng)根據(jù)下列條件初步設(shè)計(jì)的窯內(nèi)寬、窯寬、窯長(zhǎng)以滿足瓷質(zhì)磚生產(chǎn)是能要求。(燒成收縮為10%,坯體離窯墻內(nèi)壁取150mm,燒成周期為50min,工作日為300d/a,產(chǎn)品合格率取為90%)
3.1.4工作系統(tǒng)
1.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(duì)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19~21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。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算在第24節(jié)窯頂部、底部各設(shè)置一排風(fēng)扇,以45°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5~18節(jié),節(jié)之間輥道上、下方各設(shè)置擋板,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)一擋板。在進(jìn)窯口,第3節(jié)靠近窯尾處,第3、4節(jié),18、19節(jié),21、22節(jié),節(jié)之間設(shè)置閘板。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算2.燃燒系統(tǒng)
(1)燒嘴設(shè)置在第5~16節(jié)和第18節(jié),每節(jié)分別在輥上、下各設(shè)置兩對(duì)燒嘴,輥上下燒嘴及對(duì)側(cè)燒嘴均互相錯(cuò)開(kāi)排列。在輥道上方每個(gè)燃燒器對(duì)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(guò)管道、閥門(mén)、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(guò)管道、閥門(mén)送至燒嘴。總管煤氣處理系統(tǒng):汽水分離器→過(guò)濾器→過(guò)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。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.溫度控制系統(tǒng)
(1)熱電偶設(shè)置在第5~16節(jié)和第18節(jié),每節(jié)分別在窯頂中部插入一根熱電偶及一側(cè)窯墻中部的輥下方插入一根熱電偶,第2、4、7、19~21節(jié),在窯頂插入一根熱電偶,在窯下干燥器第2、22節(jié)一側(cè)窯墻輥上方各設(shè)置一熱電偶。
(2)燒嘴控制裝置熱電偶→DDZⅢ型電動(dòng)單元組合儀表(變送、調(diào)節(jié)、顯示)
空氣→手動(dòng)閥→電動(dòng)調(diào)節(jié)閥→球閥煤氣→手動(dòng)閥→比例調(diào)節(jié)器→球閥經(jīng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后的空氣信號(hào)輸送到比例調(diào)節(jié)器,實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣和煤氣管道按預(yù)定值進(jìn)行比例調(diào)節(jié),保證窯內(nèi)氧化氣氛燒嘴陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算第12~16節(jié),每節(jié)由兩套控制裝置分別控制輥上、下燒嘴的供氣量,輥上4個(gè)燒嘴一套,輥下的4個(gè)燒嘴為一套。在第5~11節(jié),第18節(jié),每節(jié)由一套控制裝置控制該節(jié)所設(shè)置的全部8個(gè)燒嘴。
陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.急冷系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)溫度控制裝置控制裝置設(shè)置如下:熱電偶→DDZⅢ型電動(dòng)單元組合儀表(變送、調(diào)節(jié)、顯示)
空氣→電動(dòng)調(diào)節(jié)閥→手動(dòng)閥→控制區(qū)域在窯第17節(jié)、21節(jié)的溫度控制各由一套控制裝置控制。
4.溫度控制系統(tǒng)各儀表選型熱電偶:高溫區(qū):鉑銠-鉑熱電偶,WRP-130S,
L=750mm
低溫區(qū):鎳鉻-鎳硅熱電偶,WRN-122K,
L=750mm
溫度調(diào)節(jié)采用肇慶儀表廠開(kāi)發(fā)的RM40型智能溫度調(diào)節(jié)器。
陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算4.檢查處理系統(tǒng)。第1~3節(jié),每節(jié)分別在兩側(cè)輥上、下各設(shè)一對(duì)檢查處口,上、下對(duì)側(cè)互相錯(cuò)開(kāi);第4節(jié)、17節(jié)在兩側(cè)輥下方各設(shè)置一個(gè)檢查處理口,位置靠近窯尾方向;第5~16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(duì)側(cè)錯(cuò)開(kāi);第19~23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(duì)側(cè)相對(duì)。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算5.傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用鏈輪鏈條傳動(dòng),并采用分段帶動(dòng)統(tǒng)一傳動(dòng)的傳動(dòng)方式輥棒與傳動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)接方式采用托輪摩擦式。輥?zhàn)幼杂傻胤旁诟G墻外側(cè)的兩只托輪上,輥?zhàn)觽鲃?dòng)端放在兩只傳動(dòng)摩擦托輪上,全窯設(shè)置兩臺(tái)電機(jī)(配無(wú)級(jí)變速器),其中一臺(tái)備用,一臺(tái)帶動(dòng)一條貫穿窯頭、尾的傳動(dòng)軸,傳動(dòng)軸通過(guò)7個(gè)圓柱蝸桿減速器分別帶動(dòng)每段鏈條,從而帶動(dòng)傳動(dòng)托輪,通過(guò)摩擦傳動(dòng)使其上的輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)。每段設(shè)置一鏈條張緊裝置。全窯還設(shè)置一臺(tái)直流電機(jī),以便在停電時(shí)帶動(dòng)傳動(dòng)軸,避免輥?zhàn)釉诟邷叵伦冃巍T诘?節(jié)處設(shè)置手動(dòng)離合器,將傳動(dòng)軸分成兩段,以便在特殊情況下停止第1~6節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)傳動(dòng)鏈、減速器選型、齒輪齒數(shù)確定鏈條、齒輪齒數(shù)選取完全依照引進(jìn)窯,因此省略設(shè)計(jì)計(jì)算,主要參數(shù)見(jiàn)表3-2。表3-2傳動(dòng)鏈選型電機(jī)與傳動(dòng)軸傳動(dòng)
傳動(dòng)軸與減速器傳動(dòng)
減速器與傳動(dòng)摩擦輥?zhàn)觽鲃?dòng)
鏈條選型TG190TG127TG127
主動(dòng)輪齒數(shù)303020
從動(dòng)輪齒數(shù)302011張緊裝置齒輪齒數(shù)18陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算減速箱選型:圓柱蝸桿減速器WS80-30-Ⅱ,i=1/30。摩擦傳動(dòng)輪直徑取42mm。無(wú)級(jí)變速器電機(jī)輸出端至陶瓷輥筒總傳動(dòng)比:
無(wú)級(jí)變速的輸出轉(zhuǎn)速:33.3~150r/min線速度:397.3~1789.8mm/min,
即制品運(yùn)行時(shí)間范圍:128.5~28.5min;燒成周期72min;主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速:59.5r/min。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算(2)電機(jī)選型
JF02-42-4/A301型電機(jī),功率4kW配FRC3R(立2)齒輪鏈無(wú)級(jí)變速器。輸入軸轉(zhuǎn)速:1440r/min;輸出端減速裝置傳動(dòng)比:i=1/10.2;輸出軸轉(zhuǎn)速Nmax=150r/min,Nmin=33.3r/min;輸出功率:Pmax=3.9KW,Pmin=2.01kW;直流機(jī)選型:AR50、2dDC、0.66kW。
陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算(3)輥棒選型剛玉莫來(lái)石質(zhì)輥棒,高溫荷重軟化溫度:1550℃
長(zhǎng)度:2316mm;外徑:40mm。
(4)確定輥距
輥距<200÷3=66.7(mm)
考慮到每節(jié)長(zhǎng)2120mm,輥距定為53mm,每節(jié)裝40根棒。
(5)設(shè)置進(jìn)磚磚距控制裝置,設(shè)置對(duì)主傳動(dòng)軸進(jìn)行探測(cè),顯示的裝置。
(6)傳動(dòng)報(bào)警:在窯頭、尾各設(shè)置一激光探測(cè)器,對(duì)制品在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生堵塞現(xiàn)象報(bào)警。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.5窯體材料整個(gè)窯體由金屬支架支承窯體外殼除第4~8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3-3所示。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算表3-3窯體材料的選擇
1.窯前段(1~2節(jié))(1)底部及下側(cè)壁
材質(zhì)使用溫度/℃密度/g·cm-3
導(dǎo)熱系數(shù)/W/(m·℃)-1
厚/mm
隔熱層
耐火混凝土9000.35~0.81(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(PM)-1.013001.00.66+8×l0-5t填充層硅酸鋁耐火纖維束11500.070.1~0.32.冷卻段(19~23節(jié))(1)底部及下側(cè)壁隔熱層耐火混凝土9000.35~0.81(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℃)
材質(zhì)使用溫度/℃
密度/g·cm-1
導(dǎo)熱系數(shù)/W/(m·℃)-1
厚/mm(3)中間輥筒部位孔磚輕質(zhì)高鋁磚13001.00.66+8×10-5t填充層陶瓷棉12500.070.1~0.33.預(yù)熱段、急冷區(qū)、過(guò)渡區(qū)(4~1117~18節(jié):(1)底部耐火層輕質(zhì)高鋁磚13001.00.66+8×10-5t65隔熱層硅藻土磚900161膨脹縫硅酸鋁耐火纖維束13500.070.1~0.310(2)頂部:使用懸掛式吊頂結(jié)構(gòu)耐火層輕質(zhì)高鋁磚13001.00.66+8×10-5t300隔熱層蛭石8000.10.052~0.058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+8×10-5t113隔熱層硅酸鋁耐火纖維束13500.30.1~0.2197檢查處理口輕質(zhì)高鋁磚14001.20.66+8×10-5t壓頂磚(4)燒嘴周圍耐火層輕質(zhì)高鋁磚14001.20.66+88×10-5t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14001.20.66+8×10-5t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13500.30.1~0.24.燒成帶(12~16節(jié))(1)底部耐火層輕質(zhì)高鋁磚(PM-1.0)14001.00.66q-8×10-5t130
隔熱層硅藻土磚9000.35~0.81130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+8×10-5t300隔熱層蛭石8000.10.052~0.058
材質(zhì)使用溫度/℃
密度/g·cm-3導(dǎo)熱系數(shù)/W/(m·℃)-1厚度/mm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(PM)-114001.00.66+8×10-5t113
隔熱層硅酸鋁耐火纖維氈13500.30.1~0.2119硅酸鋁耐火纖維束13500.20.1~0.378檢查處理口輕質(zhì)高鋁磚14001.20.66+8×10-5t壓頂磚(PM)-1.2(4)燒嘴周圍耐火層輕質(zhì)高鋁磚14001.2066+8×10-5t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+8×10-5t填充層硅酸鋁耐火纖維束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氈13500.30.1~0.23.1.6燃料燃燒計(jì)算
1.空氣量(標(biāo)準(zhǔn)情況下)
當(dāng)QDw<5233.8kJ/m3時(shí),用經(jīng)驗(yàn)公式:理論空氣量:
(m3空氣/m3煤氣)
取空氣過(guò)剩系數(shù)α=1.15
實(shí)際空氣量:Va=αVa0=1.15×1.09=1.25(m3/m3煤氣)
陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算2.煙氣量(標(biāo)準(zhǔn)情況下)
當(dāng)QDw<5233.8kJ/m3時(shí),用經(jīng)驗(yàn)公式:理論煙氣量
(m3煙氣/m3煤氣)
實(shí)際煙氣量:Vg=1.91+(1.15-1.0)×1.09=2.07(m3/m3煤氣)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.燃燒溫度理論燃燒溫度
已知ta=tf=20℃ca=1.30(kJ/m3?℃),cf=1.32kJ/(m3?℃)
設(shè)tth=1500℃,查有關(guān)表得cf=1.635kJ/(m3?℃)℃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)η=0.85,實(shí)際溫度tp=0.85×1564=1329℃,比要求溫度1245℃高出84℃,基本合理。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.7熱平衡計(jì)算熱平衡計(jì)算預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡計(jì)算冷卻帶熱平衡計(jì)算僅以預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡計(jì)算為例來(lái)說(shuō)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: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℃作為基準(zhǔn)溫度。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算一、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1~3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(kg/h)
入窯制品含自由水2%,濕基制品質(zhì)量(kg/h)
制品入窯第4節(jié)時(shí)溫度t1=250℃,入窯制品比熱容c1=0.84+26×10-5×250=0.905kJ/(kg?℃)Ql=Glclt1=799.8×0.905×250=180955kJ/h陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算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t1=20℃,
20℃時(shí)煤氣比熱容cf=1.32kJ/(m3·℃)
設(shè)煤氣消耗量為xm3/hQf=x(QDW+cftf)
=x(5233.8+1.32×20)=5260.2x(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算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=Va·x=1.25x(m3/h)Qa=Va總cata=1.25x×1.3×20=32.5J(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算4.預(yù)熱帶漏入空氣帶入顯熱Qa
取預(yù)熱帶空氣過(guò)剩系數(shù)αg=2.0,漏入空氣溫度ta=20℃,ca=1.3
漏入空氣總量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)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算二、熱支出項(xiàng)目
1.產(chǎn)品帶出顯熱Q2
燒成產(chǎn)品質(zhì)量G3=Gl·95%=783.8×95%=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+26×10-5×1245=1.16[kJ/(kg·℃)]Q2=G3c2t2=744.6×1.16×1245=1075351(kJ/h)
陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算2.窯體散失熱
將計(jì)算窯段分為兩部分:第4~11節(jié):400~1000℃,取平均值700℃;第12~16節(jié):1000~1245℃,取平均值1123℃。
陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算①第4~11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)λ磚=0.706W/(m·℃),厚度δ1=0.3m耐火纖維導(dǎo)熱系數(shù)λ纖=0.2W/(m·℃),厚度δ2=0.15m
熱流(W/m2)窯頂散熱面積m2Q頂=562×30.84×3.6=62395(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算b.窯墻高鋁磚平均導(dǎo)熱系數(shù)λ磚=0.713W/(m·℃),厚度δ1=0.113m耐火纖維平均導(dǎo)熱系數(shù)λ纖=0.15W/(m·℃),厚度δ2=0.197m
熱流W/m2
一側(cè)窯墻散熱面積m2
二側(cè)窯墻散熱量Q墻=2×448.7×20.87×3.6=67423(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
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。高鋁磚導(dǎo)熱系數(shù)λ磚=0.715W/(m·℃),厚度δ1=0.065m硅藻磚導(dǎo)熱系數(shù)λ硅=0。214W/(m·℃),厚度δ2=0.13+0.031=0.161m耐火纖維導(dǎo)熱系數(shù)λ纖=0.15W/(m·℃),厚度δ3=0.10m
熱流(w/m2)
窯底散熱面積m2Q底=437.1×30.84×3.6=48529(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算②第12~16節(jié):窯外壁表面平均溫度取80℃,窯內(nèi)壁平均溫度1123℃a.窯頂:高鋁磚導(dǎo)熱系數(shù)λ磚=0.735W/(m·℃),厚度δ1=0.3m
耐火纖維導(dǎo)熱系數(shù)λ纖=0.25W/(m·℃),厚度δ2=0.15m
熱流(w/m2)
窯頂散熱面積m2Q頂=1034.7×19.28×3.6=71816(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
b.窯墻:高鋁磚平均導(dǎo)熱系數(shù)λ磚=0.74W/(m·℃),厚度δ1=0.113m耐火纖維導(dǎo)熱系數(shù)λ纖=0.25W/(m·℃),厚度δ2=0.197m
熱流(w/m2)
一側(cè)窯墻散熱面積(m2)二側(cè)窯墻散熱量
Q墻=2×1108×13.07×3.6=104267(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算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。高鋁磚導(dǎo)熱系數(shù)λ磚=0.74W/(m·℃),厚度δ1=0.13m
硅藻磚導(dǎo)熱系數(shù)λ硅=0.4W/(m·℃),厚度δ2=0.13m
耐火纖維導(dǎo)熱系數(shù)λ纖=0.2W/(m·℃),厚度δ3=0.10m
熱流(w/m2)
窯底散熱面積(m2)Q底=1042×19.28×3.6=72323(kJ/h)窯體總散熱量:Q3=62395+67423+48529+71816+104267+72323
=426753(kJ/h)3.物化反應(yīng)耗熱Q4①自由水蒸發(fā)吸熱Ow
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℃Qw=Gw(2490+1.93tg)
=16×(2490+1.93×400)
=52192(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
②其余物化反應(yīng)熱Qr
用A12O3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,A12O3含量=20%
Qr=G1×2100×A12O3%=783.8×2100×20%=329196(kg/h)
故Q4=52193+329196=381389(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.煙氣帶走顯熱Qg
離窯煙氣總量Vg=[Vg0+(αg-α)·Va0]?x
=[1.91+(2-1)×1.09]·x=3x(m3/h)
煙氣離第4節(jié)窯溫度tg=400℃,400℃時(shí)煙氣比熱容cg=1.5(kJ/m3·℃)Qg=Vgcgtg=3x×1.45×400=1740x(kJ/h)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算5.其他熱損失Q5
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)占熱收入的5%
Q5=(Q1+Qf+Qa+Qa)×0.05
=(180955+5260.2x+32.5x+24.2x)×0.05
=9048+265.8x陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算三、熱平衡方程
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
每小時(shí)燒成產(chǎn)品質(zhì)量為744.6kg/h故:公斤產(chǎn)品熱耗=(517×5233.8)/744.6=3634(kJ/kg)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
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89958030.7l其他熱損失1464745.00
總計(jì)2929792100.00
總計(jì)2929547100.00表3-3預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡表陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.8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12~16節(jié),取直徑8.7mm;預(yù)熱帶第5~11節(jié),取直徑5.6mm。
空氣噴嘴瓷管內(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(lái)石輕質(zhì)高鋁磚,最高使用溫度1420℃,密度1.2g/cm3。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.9管道計(jì)算、阻力計(jì)算、風(fēng)機(jī)選型一、計(jì)算抽煙風(fēng)機(jī)的管道尺寸、阻力損失,對(duì)風(fēng)機(jī)選型管道尺寸排煙系統(tǒng)需排除煙氣量:Vg=[Vg0+(αg-1)Vα0]x=[1.91+(2.0-1)×1.09]×517=1551m3/h
煙氣在金屬管中流速w,據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取w=10m/s。煙氣抽出時(shí)實(shí)際體積V:
V=Vg×(273+400)/273=1551×673/273=3824m3/h=1.06(m3/s)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算①總煙管尺寸內(nèi)徑(m)總管內(nèi)徑取直徑為360mm,長(zhǎng)度4m。②分煙管尺寸分管流量V′=V/3=3824/3=1275m3/h=0.35(m3/s)
內(nèi)徑(m)分管內(nèi)徑取210mm,長(zhǎng)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(m)支管內(nèi)徑直徑150mm,頂部支管長(zhǎng)定為1.1m,兩側(cè)支管長(zhǎng)定為0.5m。
④熱交換器熱交換管選直徑83mm×3.5mm無(wú)縫鋼管,內(nèi)徑d交=76mm,長(zhǎng)度取2m??紤]粉塵阻塞與熱交換的需要,流速w交取2m/s。熱交換管條數(shù)(條)
熱交換管條數(shù)取118條。熱交換管外表面積S=3.14×0.083×2×118=61.5(m2),引進(jìn)窯熱交換管外表面積為3.14×0.032×2×397=79.8(m2),(79.8-61.5)/79.8×100%=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。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
(2)阻力計(jì)算
①料垛阻力hi
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每米窯長(zhǎng)料垛阻力為0.5Pa。設(shè)0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℃,hg=-H(ρa(bǔ)-ρg)g=-1.8×{(1.29×[273/(273+400)]-1.30×[273/(273+400)])×9.8
=-11.9Pa陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算⑧局部阻力he
局部阻力ξ由表3-4查得:煙氣從窯爐進(jìn)入支管:ξ1=1
支煙管進(jìn)入分煙管:ξ2=1.5
并90°急轉(zhuǎn)彎:ξ3=1.5
分管90°急轉(zhuǎn)彎:ξ4=1.5分管90°圓弧轉(zhuǎn)彎:ξ5=0.35(r/d=2)
分管進(jìn)入總管:ξ6=1.5
并90°急轉(zhuǎn)彎:ξ7=1.5
進(jìn)入交換管:ξ8=0.28
陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算阻力類型局部阻力系數(shù)公式中用的速度
說(shuō)明突然擴(kuò)大[1-(AG/AL)]2小管道截面平均流速AL為小管通道截面積,AG為大管通道截面積,以下同逐漸擴(kuò)大[1-(AL/AG)]2sinα
同上α為擴(kuò)大部分兩邊組成的夾角突然縮小0.5[1-(AL/AG)]2
同上圓滑轉(zhuǎn)90°彎r/dξW1=W2r為曲率半徑d為管道直徑w1為進(jìn)口流速w2為出口流速0.61.50.40.350.2急轉(zhuǎn)90°彎1.5~2.0
同上急轉(zhuǎn)45°彎0.5
同上90°均勻分流1
主流速度90°等量合流1.5
同上180°均勻分流1.5
同上180°等量合流2~3
同上煙道閘板[(AG/0.7AL)-1]2WGWG為遇閘板前大通道截面處的氣體流速圓滑小孔進(jìn)口0.1~0.25WGWG為進(jìn)小孔前大通道截面處的氣體流速表3-4局部阻力系數(shù)
為簡(jiǎn)化計(jì)算煙管中煙氣流速均按l0m/s計(jì)煙氣溫度均按400℃計(jì),雖在流動(dòng)過(guò)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。
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)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算④摩擦阻力hf
摩擦阻力系數(shù):金屬管取ξ1=0.03,熱交換管取ξ2=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(lái)克服)。風(fēng)機(jī)應(yīng)克服總阻力h總=hi+hg+he+hf=8+(-11.9)+233.6+25.5=255.2(Pa)陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
(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)為1.5
風(fēng)機(jī)排出煙氣平均溫度250℃。
Q=1.5×Vg×[(273+250)/273]=1.5×1551×[(273+250)/273]
=4457(m3/h)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(jiàn)表3-5。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
項(xiàng)目
抽煙
助燃
急冷
抽熱風(fēng)管道尺寸
/mm總管400,分管210,支管150總管300直徑200總管400,分管200風(fēng)機(jī)代號(hào)
抽煙風(fēng)機(jī)A助燃風(fēng)機(jī)B急冷風(fēng)機(jī)C抽熱風(fēng)機(jī)E風(fēng)機(jī)名稱高溫離心通風(fēng)機(jī)高壓離心通風(fēng)機(jī)高壓離心通風(fēng)機(jī)高溫離心通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)型號(hào)W5-481-11No5.55-29No6.59-26-1No4W5-481-11No5.5全風(fēng)壓/Pa1405805039301405表3-5窯主體系統(tǒng)管道尺寸、風(fēng)機(jī)型號(hào)規(guī)格風(fēng)量/m3.h-18060576321988060電機(jī)型號(hào)Y120M-2Y160L-2Y132S1-2Y120M-2功率/kw2218.55.522轉(zhuǎn)速/r·min-12900315029002900傳動(dòng)方式CCAC出口方向
右O°
右270°
左270°
右270°外形尺寸940×813×117592×712×723質(zhì)量/kg(不帶電機(jī))214.562二、其他系統(tǒng)管道尺寸確定、風(fēng)機(jī)選型結(jié)合本窯具體情況和已經(jīng)計(jì)算出來(lái)的抽煙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)確定其他系統(tǒng)的風(fēng)管尺寸、風(fēng)機(jī)型號(hào)。省略風(fēng)量計(jì)算、阻力計(jì)算。陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第三章窯爐的設(shè)計(jì)計(jì)算
表3-6其他系統(tǒng)管道尺寸、風(fēng)機(jī)型號(hào)規(guī)格
系統(tǒng)
窯前抽風(fēng)
熱交換
干燥抽風(fēng)
干燥吹風(fēng)管道尺寸/mm
直徑300
直徑400
直徑550風(fēng)機(jī)代號(hào)窯前抽風(fēng)機(jī)D熱交換風(fēng)機(jī)G干燥抽風(fēng)機(jī)F干燥吹冷風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)名稱鍋爐離心引風(fēng)機(jī)離心通風(fēng)機(jī)鍋爐離心引風(fēng)機(jī)離心通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)型號(hào)Y4-70ⅡNo54-72No6Y5-47No84-72ⅠNo3全風(fēng)壓/Pa1100180025801150風(fēng)量/m3·h-154008520154301710電機(jī)型號(hào)Y112M-2JO2-51-4JO2-71-4JO3-80-1功率KW47.5221.1轉(zhuǎn)速/r·min-12180180018202900傳動(dòng)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質(zhì)量/kg(不帶電機(jī))16036675020schoolofmaterialsscienceandengineeringSUST陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第二章輥道窯冷卻帶:冷卻帶由急冷、緩冷、尾冷三部分組成,冷卻帶占輥道窯總長(zhǎng)的比例,是按照陶瓷墻地磚冷卻制度要求和產(chǎn)品出窯溫度不能太高的思路來(lái)定的。一般按輥道窯總長(zhǎng)的40%考慮如果冷卻管路設(shè)計(jì)合理的話,燒制拋光磚時(shí),產(chǎn)品出窯溫度應(yīng)在100℃以下。如果燒制快速燒成配方的產(chǎn)品、容易炸裂的釉面產(chǎn)品、或者窯尾出磚為機(jī)械式集磚時(shí)(出磚溫度小于80℃),冷卻帶應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)。實(shí)際情況有時(shí)有一定的偏差,目前佛山地區(qū)很多窯爐公司設(shè)計(jì)冷卻帶的長(zhǎng)度占輥道窯總長(zhǎng)的比例為35%,產(chǎn)品出窯溫度達(dá)180℃以上,有的甚至達(dá)220℃以上,這種設(shè)計(jì)完全是以追求產(chǎn)量為目的,在國(guó)際上是不允許的,隨著時(shí)代的進(jìn)步,這種情況會(huì)逐步得到糾正。schoolofmaterialsscienceandengineeringSUST陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第二章輥道窯
緩冷區(qū)的設(shè)計(jì)要引起注意,磚坯在此帶的573℃左右的晶型轉(zhuǎn)變時(shí),控制不好會(huì)引起炸磚,傳統(tǒng)的說(shuō)法是冷卻速度要慢,但究竟要慢到什么程度,是我們窯爐設(shè)計(jì)者要考慮的問(wèn)題。實(shí)踐證明,磚坯均勻冷卻更重要,磚坯在均勻受熱的情況下,磚坯在此區(qū)的冷卻速度是可以加快的。保證均勻的手段就是不要在緩冷區(qū)的前部過(guò)早將急冷帶過(guò)來(lái)的熱風(fēng)抽出,而盡量在緩冷帶的尾部抽出,使熱風(fēng)在緩冷區(qū)始終充滿窯體空間,使磚坯受熱均勻,此段的冷卻是靠緩冷管而不是靠提前抽出熱風(fēng)。這樣緩冷區(qū)就可縮短,尾冷段就可以加長(zhǎng),可以大大提高冷卻效果。schoolofmaterialsscienceandengineeringSUST陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第二章輥道窯
目前傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是緩冷區(qū)偏長(zhǎng),緩冷管少,尾冷區(qū)偏短,造成產(chǎn)品冷卻效果差。緩冷管應(yīng)分組自控,以便設(shè)定合適的溫度梯度,并使磚坯在相對(duì)穩(wěn)定的溫度曲線下冷卻。冷卻帶有三部分熱風(fēng)要排出,即一是從急冷過(guò)來(lái)的熱風(fēng),二是緩冷熱風(fēng)、三是尾冷熱風(fēng),傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是三者共用一臺(tái)風(fēng)機(jī),造成調(diào)節(jié)時(shí)相互影響,還會(huì)造成窯壓不穩(wěn)定,使產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。如果采用三臺(tái)各自獨(dú)立的風(fēng)機(jī),并且尾冷段和緩冷段徹底分開(kāi),則可以消除調(diào)節(jié)時(shí)相互影響,則可最大限度地保證窯壓穩(wěn)定,最終保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。schoolofmaterialsscienceandengineeringSUST陶瓷窯爐與設(shè)計(jì)----第二章輥道窯燒成帶:燒成帶占輥道窯總長(zhǎng)的比例設(shè)計(jì),是按照陶瓷墻地磚燒成制度要求來(lái)考慮的。一般在輥道窯上的含義是指8燒嘴區(qū)域,它的長(zhǎng)度是按燒制不同
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