年产50万件卫生洁具隧道窑设计

《窑炉课程设计》说明书题目：年产50万件卫生洁具隧道窑设计2目录前言一原始资料二窑体主要尺寸的确定2.1窑主要尺寸的确定2.2推车时间三工作系统的初步确定3.1窑体3.2燃烧系统3.3排烟系统3.4冷却系统3.5检查坑道和事故处理孔3.6测温孔及观察孔3.7测压孔3.8钢架四窑体材料和厚度的确定五燃料燃烧计算5.1助燃空气量计算5.2烟气量计算5.3燃烧温度计算六热平衡的计算36.1计算基准6.2热收入项目6.3热支出6.4列热平衡方程式6.5预热带和烧成带热平衡表七冷却带热平衡的计算7.1计算基准7.2热收入项目7.3热支出项目7.4列热平衡方程式7.5冷却带热平衡表八排烟系统设计与计算8.1排烟系统的设计8.2阻力计算8.3风机选型九总结4一原始资料1.1原始数据卫生洁具坯体组成（%）SiO2Al2O3CaOMgOFeOK2ONa2OTiO2I.L67.219.040.340.230.343.140.214.74.8图1-1坯体组成年产量：50万件/年产品名称：卫生洁具年工作日：350天/年成品率：95%燃料：城市天然气35500制品入窑水分：1%燃烧曲线：20～970℃5.5h970～1280℃2.6h1280℃1.5h1280～80℃7.4h最高烧成温度1280℃烧成周期17h窑型选择：卫生洁具是大件，所以采用普通窑车隧道窑二窑体主要尺寸的确定2.1窑主要尺寸的确定为使装车方便，并且使窑内温度均匀，快速烧成，采用单层装车的办法，即窑车上只放一层制品。根据几种方法确定：窑车长×宽=1500×3300mm平均每车装制品15件，制品的平均质量为每件10kg，则每车装载量为150kg/车可以直接求出窑长：窑长L=[(生产任务×烧成时间)/(年工作日×24)]/（成品率×装成密度）=106m窑内容车数：n=106/1.5=71辆取要有效长为：106m根据烧成曲线：预热带长=（预热时间×总长）/总烧成时间=（5.4×106）/17=33.6取34m烧成带长=（烧成时间×总长）/总烧成时间=（4.1×106）/17=25.6m取26m5冷却带长=（冷却时间×总长）/总烧成时间=（7.4×106）/17=46.1m取46m2.2推车时间窑内容车数54辆，则：推车时间：（17×60）/71=14.36min/车；推车速度：60/14.36=4.17车/小时。三工作系统的初步确定3.1窑体以2米为一个单元节，全窑106米，共有53节。窑体由窑墙主体、窑顶和钢架组成窑体材料由外部钢架结构（包括窑体加固系统和外观装饰墙板）和内部耐火隔热材料衬体组成。砌筑部分，均采用轻质耐火隔热材料。窑墙、窑顶和窑车衬体围成的空间形成窑炉隧道，制品在其中完成烧成过程。3.2燃烧系统在烧成带18～29号车位设12对烧嘴，均匀分布且呈交叉设置。助燃空气不事先预热，由助燃风机直接抽取车间的室内空气。3.3排烟系统在预热带2～15号车位设14对排烟口，每车位一对交叉排列，烟气通过排烟孔到窑墙内的水平烟道。3.4冷却系统冷却带在30～38车位，制品在冷却带有晶体成长、转化的过程，并且冷却出窑，是整个烧成过程最后的一个环节。从热交换的角度来看，冷却带实质上是一个余热回收设备，它利用制品在冷却过程中所放出的热量来加热空气，余热风可供干燥用，达到节能目的。3.5检查坑道和事故处理孔由于窑车上棚架稳固，不容易发生倒窑事故。即使发生窑内卡车或者其他事故，也可停窑，能够快速冷却下来，再进行处理，对生产影响不大。因此该隧道窑不设置窑内车下检查坑道。这样既简化了窑炉基础结构，减少了施工量和难度，又降低了成本，窑体保温也得到明显改善。3.6测温孔及观察孔测温孔及观察孔在烧成曲线的关键处设置测温孔，低温段布稀点，高温处密点，以便于更好地了解窑内各段的温度情况。观察孔是为了观察烧嘴的情况。63.7测压孔压力制度中零压面的位置控制特别重要，一般控制在预热带和烧成带交接面附近。若零压过多移向预热带，则烧成带正压过大，有大量热气体逸出窑外，不但损失热量，而且恶化操作条件；若零压过多移向烧成带，则预热带负压大，易漏入大量冷风，造成气体分层，上下温差过大，延长了烧成周期，消耗了燃料。本设计以观察孔代替测压孔。3.8钢架每一钢架长度为2米，含钢架膨胀缝。全窑共53个钢架结构，其高度、宽度随窑长方向会有所改变。钢架主要由轻质方钢管、等边角钢等构成，采用焊接工艺，并在焊接处除去焊渣、焊珠，并打磨光滑。窑墙直接砌筑在钢板上，钢架承担着窑墙和窑顶及附属设备的全部重量。四窑体材料和厚度的确定窑体所采用的材料及其厚度应该满足各段使用性能要求，综合考虑各处的温度对窑墙、窑顶的要求，窑体表面最高温度限制以及砖形、外观整齐等方面的因素，确定窑体材料和厚度见如下。窑墙窑顶温度段(℃)该段长度(m)轻质高铝砖(mm)聚轻高铝砖(mm)轻质粘土砖(mm)硅酸铝棉(mm)硅酸钙硬板(mm)该段厚度(mm)堇青莫来石板（mm)莫来石绝热砖（mm)硅酸铝纤维(mm)20-900261142301035420230900-122020114230100104542302301220-800811423010010454230230800-80281142301035420230表4—1窑体材料和厚度表堇青莫来石板制品具有热膨胀系数小，抗震稳定性好，使用寿命长，且不会突然断裂，使用过程中不氧化不落脏掉渣，不污染烧品，是在1300℃以下烧制品最理想的材料。7五燃料燃烧计算5.1助燃空气量计算所用燃料为天然气：Qnet,ar=35500KJ/m3。查工具书，得理论空气燃烧计算式，Va0=0.26×,1000netarQ+0.02(m3/m3)则理论空气需要量为：Va0=0.26×（35500/1000）+0.02=9.25(m3/m3)取空气过剩系数为1.29，则实际需要空气量为：Va=qv,a=αVa0=1.29×9.25=11.93(m3/m3)5.2烟气量计算查工具书，得理论空气燃烧计算式：V0=0.26×,1000netarQ+1.02(m3/m3)则理论烟气量为：V0=0.26×（35500/1000）+1.02=10.25(m3/m3)实际烟气量为：V=V0+（α-1）Va0=10.25+（1.29-1）×9.25=12.93(m3/m3)5.3燃烧温度计算燃烧温度计算式：t=（QDw+VaCata+CfTf）/（VC）查表在t=1730℃时的烟气比热为C=1.64kJ/(Nm3•℃)，在室温20℃时空气比热为Ca=1.30kJ/(Nm3•℃)，天然气的比热为Cf=1.56kJ/(Nm3•℃)，代入公式得t=(35500+11.93×1.30×20+1.56×20)/（12.93×1.67）=1659.85℃相对误差为：（1730-1659.85）/1659.85=4.2%5%，认为合理。取高温系数n=0.8，则实际燃烧温度为tp=ηtth=0.8×1782=1327.88℃。1327.88－1280=47.88℃，比烧成温度高出47.88℃，认为合理。8六热平衡的计算6.1计算基准热平衡的计算标准：计算时间基准：1h计算温度基准：0℃热平衡计算范围：预热带和烧成带，不包括冷却带，冷却带另外单独计算。热平衡收支图：Q1=坯体带入的显热Q2=棚板带入的显热Q3=产品带出的显热Q4=棚板带出的显热Q5=窑墙窑顶散热Q6=窑车积散热Q7=物化反应耗热Q8=其他热损失Q9=废气带走显热Q'a=漏入空气显热Qa=助燃空气带入显热Qf=燃料带入化学热及显热图6-1热平衡收支6.2热收入项目6.2.1制品带入的显热Q1每小时入窑干制品：G1=10×15×4.17=625.5kg/h入窑制品含1%自由水，每小时入窑的湿制品为：G1′=625.5/（1-0.01）=631.8kg/h入窑制品的平均比热：C1′=0.92KJ/（Kg·℃）入窑制品温度：t′=20℃Q1=G1′C1′t′=631.8×0.92×20=11625.12KJ/h6.2.2硼板、支柱等窑具带入显热Q2Q1Q2QfQaQ'aQ3Q4Q7Q6Q5Q9Q8热收支平衡图9每小时入窑的总质量G2=300×4.17=1251Kg/hC2=0.963+0.000147t=0.963+0.000147×20=0.96594KJ/（Kg·℃）Q2=G2C2T2=1251×0.96594×20=24167.8188（kJ/h）6.2.3燃料带入的化学热及显热QfQD=35500KJ/m3入窑天然气温度为Tf=20℃查表，Tf=20℃时天然气平均比热容为：Cf=1.56KJ/（Kg·℃）；Qf=（QD+TfCf）x=（35500+20×1.56）x=35531.2xkJ/h6.2.4助燃空气带入的显热Qaqv=VaX=11.93x(m3/h)Ta=20℃,查表，Ta=20℃助燃风时平均比热容为：Ca=1.30KJ/（Kg·℃）Qa=qvCaTa=11.93x×1.30×20=310.18x（kJ/h）6.2.5漏入空气带入显热Q'a取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.5，已求出理论空气量Va0=9.25Nm3/Nm3烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.29Va/=x×（ag-af）×Va0=x(2.5-1.29)×9.25=11.19x（Nm3/h）漏入空气温度为ta/=20℃，此时Ca/=1.30kJ/(Nm3·℃)，则：Qa/=Va/×Ca/×ta/=11.19x×1.30×20=290.94x（kJ/h）6.2.6气幕、搅拌风带入显热Qs气幕包括封闭气幕和搅拌气幕，封闭气幕只设在窑头，不计其带入显热。取搅拌气幕风源为空气，其风量一般为理论助燃空气量的0.5-1.0倍，取为0.8倍。所以：Vs=0.8qv=0.8×11.93x=9.544x（Nm3/h），设ts=20℃，查得Cs=1.30kJ/(Nm3·℃)则：Qs=Vs×Cs×ts=9.544x×1.30×20=248.144x（kJ/h）6.3热支出6.3.1制品带出显热Q3离开烧成带制品的热数据：温度t3=1280℃；比热C3=1.20kJ/kg.℃；烧成制品质量G3=4.17×（300+15×10）=1876.5kg/h；则Q3=G3×C3×t3=1876.5×1280×1.2=2882304kJ/h.6.3.2棚板支柱带走显热Q410离开烧成带棚板的热数据:温度t4=1280℃；棚板质量G4=1251kg/hC4=0.84+0.000264t=0.84+0.000264×1280=1.178kJ/kg.℃则Q4=G4×C4×t4=1251×1.178×1280=1886307.84kJ/h.6.3.2烟气带走显热Q9Qg=qgCgTg（kJ/h）烟气中包括燃烧生成的烟气，预热带不严密处漏入空气外，还有用于气幕的空气。用于气幕的空气的体积Vs=9.544x(Nm3/h)离窑烟气体积：qg=[Vg0+（ag-1）×Va0]x+Vs烟气温度为100℃此时烟气比热Cg=1.068kJ/(Nm3·℃)Qg＝qg×Cg×tg＝{[12.93+(2.5-1)×9.25]x+9.544x}×1.068×100＝3882.0732x（kJ/h）6.3.3窑墙、窑顶散失热量Q5根据各段材料不同,并考虑温度范围不能太大,将预热带和烧成带分成三段计算。6.3.3.120—750℃段该段窑长度为22米，窑宽为3.55米。窑外壁表面平均温度80℃，窑内壁表面平均温度：（20+750）/2=385℃。6.3.3.1.1窑墙部分散热计算此部分用材料如下：轻质高铝砖，厚度δ=114mm，导热系数0.706w/（m·℃）；轻质粘土砖，厚度δ=230mm，导热系数0.342w/（m·℃）；硅酸钙硬板，厚度δ=10mm，导热系数0.07w/（m·℃）；热流q1=221101tt=07.001.0342.023.0706.0114.080385=312.23W/m2不考虑车台面以下部分的窑墙散热，窑内高按1200mm计算，则两侧窑