无机方向课程设计 隧道窑课程设计说明书

《无机非金属材料》课程设计学生姓名：陈宏学号：180900203专业班级：09材料2班指导教师：叶东忠二○一二年九月十二日目录一、前言...........................................................................................1二、设计任务和原始数据...................................................................1三、窑体主要尺寸的确定...................................................................2四、工作系统的安排..........................................................................2五、窑体材料以及厚度的确定...........................................................3六、燃料燃烧计算..............................................................................4七、预热带和烧成带热平衡计算.......................................................5八、冷却带热平衡计算.......................................................................9九、选用烧嘴及燃烧室计算.............................................................12十、排烟系统的计算及排烟机的选型...................................13十一、结束语....................................................................................14十二、参考文献................................................................................15-1-一、前言陶瓷窑炉可分为两种:一种是间歇式窑炉,比如梭式窑;另一种是连续式窑炉,比如隧道窑。隧道窑由于窑内温度场均匀，从而保证了产品质量，也为快烧提供了条件；而隧道窑中空、裸烧的方式使窑内传热速率与传热效率大，又保证了快烧的实现；而快烧又保证了产量，降低了能耗。所以，隧道窑是当前陶瓷工业中优质、高产、低消耗的先进窑型，在我国已得到越来越广泛的应用。烧成在陶瓷生产中是非常重要的一道工序。烧成过程严重影响着产品的质量，与此同时，烧成也由窑炉的窑型决定。在烧成过程中，温度控制是最重要的关键。没有合理的烧成控制，产品质量和产量都会很低。要想得到稳定的产品质量和提高产量，首先要有符合产品的烧成制度。然后必须维持一定的窑内压力。最后，必须要维持适当的气氛。这些要求都应该遵循。二、设计任务和原始数据1、设计任务：设计一条年产60万m2素烧釉面砖的隧道窑2、课程设计原始资料（1）生产任务：年产60万m2地砖；（2）产品规格：150*150*20mm；（3）成品率：85%（4）坯体组成：（干基）%Al2O3SiO2CaOMgO其余21.2063.242.053.7510.5（5）坯体水分：相对水分3%；（6）装窑密度：39.9m2/m3,附匣钵烧，每个匣钵装150块砖坯，每个匣钵（加重法）8.052kg，每块砖坯入窑湿重0.410kg；（7）燃料：60号重油Qnet,ar=37000KJ/kg，预热温度90℃；（8）烧成制度：氧化气氛烧成时间：48小时制品入窑平均温度85℃制品出窑平均温度130℃最高烧成温度1220℃-2-冷却带抽出热风温度200℃温度制度：85℃~~400℃~~700℃~~950℃预热带950℃~~1220℃~~1200℃烧成带1200℃~~700℃~~400℃~~130℃冷却带（9）三带比例：预热带：烧成带：冷却带=41：20：39（10）年工作日：340天/年；（11）总烟道内烟气温度240℃（指烟囱底部温度），总烟道空气系数α=3.5；（12）外界空气温度25℃；地下水位较低地区；（13）窑车高度取660mm（轨面至窑车衬砖高度），铁轨面至下拉杆高度为300mm；（14）窑型：明焰隧道窑；三、窑体主要尺寸的确定G=年产50万m2/年=60×104×100×0.410/24×340=3014.6kg/h=7352.9件/hg=装窑密度=39.9m2/m3/0.10×0.10m2=3990件/m31、隧道容积V=Gτ/Kg=7352.9×48/（85%×3990）=104.1m32、窑内长度L取窑车长l=1.6m设窑长为L=80m，则窑内车数n=80/1.6=50，则有效长度为80m总窑长L=有效长度+进车室+出车室=80+3+2=85m各带长度：预热带长度=80*41%=32.8m-3-烧成带长度=80*20%=16.0m冷却带长度=80*39%=31.2m3、窑内宽度B取B=1.2mV=FLF=HB+2Bf/3拱心角口α取60°则f=0.134B=0.134×1.2=0.16,代入数据得H=0.98m验证：H/B=0.99/1=0.82在（0.8~~1）范围内，故合理则窑内宽B=1m窑内高=H+f=0.98+0.16=1.14m四、工作系统的安排在预热带—14号车位设13对排烟口，每车位一对。烟气通过各排烟口到窑墙内的水平烟道，由7号车位的垂直烟道经窑顶金属管道至排烟机，然后由铁皮烟囱排至大气。排烟机及铁皮烟囱皆设于预热带窑顶的平台。在1号、4号、7号车位有三道气幕。其中1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧面皆开孔，气体喷出方向与窑内气流成90°声。4号和7号车位为扰动气幕，气体由窑顶喷出，方向与窑内气流成150°角。用作气幕的气体从冷却带的间接冷却部位抽出。在烧成带22号一30号车位设9对燃烧室，先疏后密，两侧相对排列。助燃空气不预热，由助燃风机直接抽车间冷空气，并采用环形供风方式，烧成带各处烧前压力基本相同。冷却带在32—36号车位处，有8m长的间壁急冷段，由侧路上的小孔直接吸人车间冷空气，冷却气体流动方向与窑车前进方向相同(顺流)。从换热观点，逆流冷却效率高，但砖砌体易漏风，逆流漏进的冷风和700℃左右的产品接触，易急冷至更低温度，达到SiO2晶形转化温度而使产品开裂。所以要采用顺流。该处窑顶自31—36号车位有9m长的二层拱间接冷却，冷空气亦由窑顶孔洞处自车间吸入。由间壁、二层拱抽出来的热空气经窑顶上金属管道送往预热带作气幕。-4-这里只作为计算例题，实际上该段应采用直接风急冷或直接、间接相结合，将两层拱抽来的热气再喷入窑内作急冷，可防止大件产品炸裂。自38—46号车位设9对热风抽出口，每车位一对。热空气经过窑墙内的水平热风通道，于41号车位处用金属管道由热风机输送风干燥。窑尾50号车位处，由冷却风机自窑顶和侧墙集中鼓入冷却空气。车下自21—41号车位，每隔3m设一个冷却风进风口，由车下冷却风机分散鼓风冷却，并于8号车位处由排烟机排走。烧成带前后，即20号、32号车位处，设两对事故处理口。全窑无检查坑道。五、窑体材料以及厚度的确定根据上述原则，确定窑体的材料及厚度如表1—7。材料及厚度确定忘可进行材料的蘸算。计算方法同田(1--1)、(1--2)，逐段逐层的计算。确定全窑的材料消耗量。温度范围℃长度范围m窑体材料m窑体材料mI等粘土砖Ⅱ等粘土砖轻质粘土砖红砖I等粘土砖Ⅱ等粘土砖轻质粘土砖粒状高炉渣红砖钢筋混粘土进车室(2.5)0.2400.0585~7000~190.2300.2350.4950.2300.0750.1200.053700~95019~32.80.2300.3500.3800.2300.1130.0750.1200.053（事故处理口）（空）（空）Ⅱ粘0.1200.2300.2650.3450.2300.1130.0750.1200.053Ⅱ粘950~122032.8~480.3450.4700.3450.2300.1130.0750.1200.053（烧嘴处）0.9300.2300.2300.1130.0750.1200.0531220~120048.8~50.30.2300.3500.3800.2300.1130.0750.1200.053（事故处理口）(空)(空)Ⅱ粘0.0750.1200.0530.1200.2300.2650.3450.2300.1150.0750.1200.0531200~70050.3~58.3间隙通道壁厚+空0.3500.3800.1130.1130.0750.0890.053-5-隙+壁厚0.04+0.150+0.04（空）0.150700~40058.3~72.70.2300．2350.4950.2300.0750.1200.053400~13072.7~800.2300.5000.2300.0750.1200.053(出车室)(2)0.2400.0750.1200.0530.05六、燃料燃烧计算1、燃烧所需空气量该窑用天然气，其热值QD=37000KJ/Bm3;理论空气量：V0a=0.203Qnet,ar/1000+2=9.51Bm3/kg;实际空气量:取空气过剩系数α=1.55Va=αVoa=1.55×9.51=14.70Bm3/kg;2、燃烧产生烟气量理论烟气量：Vo=0.265Qnet,ar/1000=0.265×37000/1000=9.81Nm3/kg实际烟气量V=Vo+（α-1）Voa=9.81+（1.55-1）×9.51=15.0(Nm3/kg)3、燃烧温度理论燃烧温度tth=(Qnet,ar+C油t油+VaCata)/VC设t=1600℃查表的1600℃时烟气比热c=1.63KJ/Bm3.℃在室温25℃的空气比热Ca=1.3KJ/Bm3.℃重油比热Cf=1.74+0.0025t=1.74+0.0025×90=1.97KJ/Bm3.℃带入公式得tth=（37000+1.97×90+14.7×1.3×25）/（14.57*1.63)=1540oC(1600-1540)/1540×100%=3.9%5%所以合理取高温系数η=0.80-6-则实际温度为:Tp=0.80×1540=1232oC比烧成温度1220oC高12oC，认为合理.4、用经验数据决定燃料消耗量燃料消耗量的计算，可直接选用经验数据(表1—8)。表中列出隧道窑焙烧各种陶瓷产品的单位热耗。将每小时的产量乘以表中数据，即为该窑每小时财的热耗。陶瓷工业隧道窑的单位质量产品热耗和窑炉结构及操作条件各因亲之间的关系，可参下图1—8：七、预热带和烧成带热平衡计算1、预热带及烧成带的热平衡计算（1）热平衡计算基准及范围在此以1小时作为计算基准，而以0℃作为基准温度。计算燃烧消耗量时，热平衡的计算范围为预热带和烧成带，不包括冷却带。7.1.2热平衡框图-7-QfQaQa↓↓↓Q2→→QgQ1→→Q8↓↓↓↓↓Q3Q4Q5Q6Q7其中Q1---制品带入的显热Q2---匣钵带入的显热Qf---燃料带入化学热及显热Qa---助燃空气带入显热Qa’---漏入空气带入显热Q3---产品带出显热Q4---匣钵带出显热Q5---窑墙、窑顶散失之热Q6---窑车积散之热Q7---物化反应耗热Q8---其他热损失Qg---废气带走显热2、热收入项目：（1）制品带入显热Q用公式计算每小时入窑的湿制品为：G1’=7352.9×0.0.410=3014.6Kg/h入窑制品含3%自由水，每小时入窑干制品：G1=3016.4×（1-0.03）=2919.7Kg/h入窑制品平均比热c’=0.84+.0002