热工基础与设备绪论

热工基础与设备学分：2Points；地点：D316；时间：星期五(5～6节）主讲教师:吴菊一、课程的性质任务1、热工基础?热工设备?2、该门课的性质：专业基础必修课任务：讨论与热工过程有关的气体性质、气体流动特性，了解燃料的燃烧及热量的产生、传递、交换等特点及与之有关的设备。3、课程内容绪论气体力学传热干燥过程及干燥设备燃料燃烧及燃烧设备热工设备——无机非金属窑炉二、课程特点强调“三传一反的能量交换”：动量、质量、热量传递、燃烧与烧成反应。强调平衡概念：能量平衡、动量平衡、物料平衡。强调基本概念、基本定律、基本方法、基本理论知识。强调理论与实践：用基本的理论知识去理解硅酸盐行业常见的热工设备（窑炉、烟囱等）的工作原理。强调分析问题、解决问题的能力。三、课程的主要研究方法数学方法：微分方程和积分方程的求解及数值求解；分析方法：过程分析与数量级分析等；模型方法：物理模型及数学模型的建立；类比方法：热电类比及动量，质量，热量传递的类比等；四、课时安排及考核方式绪论（1学时）第一章流体力学（5学时）第二章传热（7学时）第三章干燥过程及干燥设备(5学时)第四章燃料及其燃烧（6学时）第五章热工设备（8学时）（共32学时）考核方式：出勤+课堂提问互动15%课后作业15%期末考试70%70~80%20~30%填空选择判断问答综合计算考试内容：五、教材及教学参考书教材:姜金宁《硅酸盐工业热工过程与设备》冶金工业出版社参考书:孙晋涛《硅酸盐热工基础》武汉工业大学出版社徐利华《热工基础与工业窑炉》冶金工业出版社杨世铭《传热学》人民教育出版社韩昭论《燃料及燃烧》冶金工业出版社绪论引言热工设备分类热工设备发展单位制引言材料科学和窑炉发展材料--窑炉--材料--窑炉--材料间歇与连续平焰与倒焰烟气与空气操作制度窑炉结构和热工基础(流体力学、燃烧学、传热学）工艺过程和热工过程(陶瓷、玻璃、水泥)设计依据和设计原则工艺过程陶瓷：配料----成型----烧成烧成制品窑（基础）（手段）（关键）玻璃：配料---熔融、澄清、冷却---成型---退火熔融制品窑水泥：配料---生料磨---熟料煅烧---配料---水泥磨（?）粒状制品窑湿法工艺干法工艺热工过程陶瓷：预热---烧成---冷却玻璃：熔融---澄清---冷却湿法窑H2O30~40干法窑:中空窑H2O1立波尔窑e：40悬浮预热器窑e：45-50预分解窑e：85-95水泥：干燥--预热--碳酸盐分解--固相反应--液相烧结--熟料凝结热工过程连续式（陶瓷、玻璃）窑炉预热带烧成带冷却带热工过程间歇式（陶瓷）窑炉返回操作制度陶瓷：温度气氛压力（烧成制度）玻璃：温度气氛压力液面泡界线（作业制度）水泥：温度气氛（煅烧制度）烟气与空气两个相对独立的子系统平焰与倒焰火焰流动方向与窑内上下温差的关系间歇与连续式窑炉的差别：产量热效率劳动强度自动控制温差烧成制度调整投资额返回窑炉分类——（A）陶瓷窑炉Kg/d运载工具：窑车式—隧道窑非窑车式—推板窑辊道窑气垫窑步进窑操作类型：连续式—隧道窑推板窑辊道窑间歇式—倒焰窑新型间歇式—钟罩窑梭式窑能量转换：化学能热能火焰窑油、煤气…电能热能电窑发热元件金属Mo、W非金属SiC、MoSi2烧成条件真空、气氛、无压、气压、热压加热方式：其它：用途：素烧釉烧烧银烤花煅烧烧成温度：低温中温高温超高温断面积：大中小烧嘴位置：顶烧窑底烧窑侧烧窑烧成速度：快烧窑火焰流动方向：倒焰平焰升焰半倒焰……火焰窑明焰隔焰半隔焰电窑敞露式封闭式隧道窑陶瓷窑炉陶瓷窑炉倒焰窑陶瓷窑炉陶瓷窑炉陶瓷窑炉辊道窑陶瓷窑炉隧道窑抽屉窑陶瓷窑炉网带窑升降窑陶瓷窑炉钟罩窑隔焰窑陶瓷窑炉推板窑陶瓷窑炉推板窑陶瓷窑炉梭式窑操作类型：间歇式—坩埚窑连续式—池窑火焰流动方向：横焰窑纵焰窑马蹄焰窑（水平、垂直）余热回收设备：蓄热式（立式、卧式）；换热式（金属、陶瓷）窑顶结构：单碹、双碹玻璃液分割形式：浅层分割（冷却水管…）深层分割（流液洞…）（B）玻璃窑炉kg/m2.d熔化率kg/m2.周期周期熔化率制品种类：平板玻璃、器皿玻璃、玻璃纤维…能量转换：化学能热能火焰窑全部燃料燃料+电辅助富氧燃烧全氧燃烧电能热能全电熔窑玻璃窑炉玻璃窑炉玻璃窑炉马蹄焰窑双碹池窑玻璃窑炉浮法玻璃窑1100℃600℃玻璃窑炉坩埚窑逆流式窑玻璃窑炉玻璃窑炉电熔窑玻璃窑炉北雄都江堰玻璃窑炉金华九州玻璃窑炉晋城华鹏立窑:普通立窑(自动卸料）机械化立窑(自动卸料、自动加料）回转窑：湿法窑湿法长窑加热交换装置的湿法长窑（窑内、窑外）干法窑干法中空窑立波尔窑e：40-45料球加热机+干法回转窑悬浮预热器窑e：45-50旋风预热器+干法短窑（SP型）立筒预热器+干法短窑预分解窑e：85-95（NSP型）悬浮预热器+预分解炉+干法短窑（C）水泥窑炉T/d熟料煅烧系统（……+冷却机）湿法回转长窑水泥窑炉排烟机配合料自然吸风二次风回转窑1.回转窑窑体；2.窑头小车；3.热烟室；4.冷却筒；5.窑头鼓风机；6.集尘室；7.烟囱；8.进料水泥窑炉立波尔窑水泥窑炉烟气1400℃悬浮预热器窑水泥窑炉加料管熟料库电收尘器烟囱预分解窑水泥窑炉燃烧设备窑外分解炉系统机械化立窑水泥窑炉机械化水泥立窑系统：1.烟囱；2.撒料溜子；3.窑体；4.耐火砖；5.腰风管；6.底风管；7.传送装置；8.电动机；9.密封卸料.让我们追寻那已逝去久远的年代，想象着步入古人类的生活圈子，去探求窑炉的起源和发展吧…窑炉发展简史陶器---彩陶（红、灰）---黑陶、釉陶---原始瓷---瓷器-800℃850-1000℃1000-1300℃1300℃1-1.5万年前陶器无窑堆烧窑址不固定的薄壳窑0.7-0.8万年前新石器时期彩陶穴窑(竖穴、横穴）新石器时期晚期灰、黑陶釉陶改进的穴窑（A）陶瓷及窑炉发展简史无有简单复杂低级高级现代传统陶瓷传统窑炉0.2-0.3万年前西周、战国时期原始瓷穴窑馒头窑、龙窑-0.2万年前秦、汉、魏、晋龙窑-1000年前宋朝瓷馒头窑（还原气氛）蛋形窑-600年前明朝阶级窑--德化窑串窑-400年前明末清初高级瓷蛋形窑--景德镇窑先进陶瓷先进窑炉（快烧、高温、功能、控制）（A）陶瓷及窑炉完全封顶或不完全封顶，控制气氛火口火膛火道窑算窑室横穴窑竖穴窑发展简史发展简史蛋形窑发展简史灰坑发展简史拾遗：我国唐朝开始烧煤，欧洲十八世纪才开始。欧洲最早仿景德镇的平焰窑，后改为升焰窑，最后才采用倒焰式。关于隧道窑：1751年法国人威塞尼斯发明1880年瑞典人波克发明“砂封”20世纪初英国人厥斯勒大大改进1938年中国大连电瓷厂第一座诞生平焰升焰倒焰发展简史熔制器皿泥罐陶、瓷质器皿特种器皿（古埃及）（中国春秋战国时期原始瓷）（现代）掌握熔制技术熔制设备坩埚窑池窑池窑现代池窑（间歇式）（间歇式）（连续式）（电熔、富氧）1867年19世纪始发展发展熔制技术(B)玻璃及窑炉发展简史(C)水泥及窑炉发展简史约在1万年前的新石器时期，挖穴建室已兴起，当时的“穴窑”就是用粘土，或掺入稻草、壳皮建成的。以后又在红土中挑出姜石（一种石灰质原料）涂铺，表面变得光滑坚硬。应用“火”后，人们煅烧石膏或石灰调制砂浆建成了埃及金字塔、我国万里长城等著名古建筑。至汉朝，烧制技术已有相当高的水平。生产发展后，用石灰浆加入火山灰调制，增加强度，也是当时不少古建筑采用的“三合土”的主要成分，也可加入些废陶、碎砖。18世纪后期生产有了量的概念，逐渐由天然制作转向人工合成。含粘土20～25的石灰煅烧后磨细形成的水硬性石灰就是有名的罗马水泥。水泥发展简史19世纪发展到人工配料，组织工业化生产;(1)1877年第一台回转窑（干法）问世，英国人的专利。后来有了立窑、湿法回转窑。(2)20世纪20年代出现了立波尔窑;(3)20世纪50年代出现了悬浮预热器窑;(4)20世纪70年代出现了预分解窑。随着水泥窑炉的更新，水泥生产技术和水平也得到了飞快的提高和发展。筑炉材料与窑炉砌筑窑炉砌筑材料也叫做“筑炉材料”，显然筑炉材料应当包括“耐火材料”(Refractory）和“保温材料”（也叫作“隔热材料”,InsulateMaterial）筑炉材料还应包括普通建筑材料，像建筑红砖、金属钢材等等，即从里向外，耐火材料耐高温、保温材料隔热、建筑红砖耐压、金属钢材抗拉与抗折。这就是构成高温空间窑墙的传统基本构造从热工设备的角度来看，我们的着重点应当放在如何正确、合理地为热工设备（窑炉）选择耐火材料、保温材料等筑炉材料，从而保证窑炉既经久耐用，且造价和成本又合理、低廉。筑炉材料与窑炉砌筑窑炉是一个特殊的建筑结构，它的砌筑除了要符合一般的建筑规范之外，还要符合一些特殊的规章制度。例如：砌筑窑炉时就要留出足够的“膨胀缝”(ExpansionJoint）以适应窑炉升温时的膨胀作用窑的“拱”顶（玻璃窑叫做“暄”）在砌筑时还应设立“底脚砖”(Skewback，玻璃窑叫做“暄碴(chá)”，现在多用“钢暄碴”)，其作用是将窑炉升温时拱顶的膨胀推力传给“金属钢架”或“金属壳体”，由金属钢架或金属壳体来承受这个推力，并夹紧以防拱顶的膨胀塌落窑炉砌筑采用湿法砌筑时，所选用的“耐火泥”与所用“耐火砖”还应具有相同或尽可能相近的耐火度。新砌筑的窑炉，必须“烘窑”或“烤窑”(DryingofKiln)不同的窑炉有着不同的“烘窑曲线”（也被称为“烘烤曲线”）国际制工程制关系基本量mKgSKmolKAcdmKg(f)S℃Kcal辅助量radsr导出量NJPaKg(f)/c㎡(at)长度Lmm时间SS温度T、tK℃T=t+273国际单位制和工程单位制质量MKgKg(f)S2/m1Kg(f)S2/m=9.8Kg力FN(Kg.m/s2)Kg(f)1Kg(f)=9.81N热能QJ(N.m)Kcal1Kcal=4.187KJ功率PW(J/S)Kcal/h1Kcal/h=1.163W压力FPa(N/m2)Kg(f)/cm2(at)*1at=9.81×104Pa动力粘度Pa.SKg(f)S/m21Kg(f).S/m2=9.81Pa.S运动粘度m2/Sm2/S国际单位制和工程单位制1atm=760mmHg=10336mmH20=101325Pa1at=10000mmH20=9.81×104Pa1mmH20=9.81Pa1bar=103mbar=105Pa=0.1MPa1MPa=10.2at1mmHg=1乇国际单位制和工程单位制