50-梭式窑设计

1前言这次设计的是50立方米的燃煤气梭式窑炉，在设计前期阶段收集和查阅了相关资料和文献。中间进行了大量的计算，也学到了不少的东西。在设计过程中综合运用了自己大学四年来所学的的知识，在运用知识的同时，才深深感到所学知识面的狭窄和不够深。第一部分主要是参照江西萍乡远洋出口电瓷厂的窑炉确定了我此次设计的窑体尺寸，第二部分再根据实习过程中收集到的相关数据和资料确定了烧成制度和烧成周期，根据指导老师的意见和建议，再加上自己的设计思路，确定了工作系统，燃烧系统和排烟系统等。窑体结构采用了三层材料，多晶莫来石纤维，轻质莫来石砖和普通硅酸铝纤维，窑车结构主要是多晶莫来石纤维，轻质莫来石砖和轻质耐火粘土砖。采用窑车中部开烟道，窑车两侧墙各设两个烟道，窑顶集中排烟，设有风机抽风。燃烧器采用高速喷射式烧嘴。还用到了打入急冷风快速冷却制品的设计思路。在设计过程中，得到了各位老师和同学的大力支持和帮助，特别是指导教师童剑辉老师提出了许多很有建设性的意见和建议，在此谨致以诚挚的谢意。同时也感谢江西萍乡远洋出口瓷厂提供了我前后共三次的窑炉实体观摩机会。限于设计者水平，书中难免有不妥之处，诚请各位专家、老师批评指正!2第1章设计任务及原始资料1.1设计任务书景德镇陶瓷学院毕业设计（论文）任务书院（系）热能工程系08年1月5日专业热能与动力工程班级热工2004学生姓名指导老师题目50m3梭式窑设计主要研究内容和设计技术参数：1.产品名称：电瓷规格：150mm2.烧成周期：72小时烧成温度：1270℃3.产品合格率：95%4.燃料：煤气5.其他设计技术指标，参数自定基本要求（含成果要求）：1.窑炉结构和工作系统合理，设计计算正确，独立完成，大胆创新2.图纸清晰干净，规范齐全图纸包括：窑炉砌筑结构图，刚架结构和安装图，管路布置安装图，异型砖图等3.设计说明书详细，含设计计算，材料概算等。说明书格式规范，A4纸打印4.符合计算绘图，外文应用等毕业设计要求工作进度计划：第4周：整理资料，确定设计方案第5-6周：设计计算，结构确定第7周：整理设计方案，构思设计草图第8-17周：绘图和编写设计说明书，打印第18周：答辩准备31.2原始资料1.2.1设计技术指标及参数有效容积：50立方米燃料：城市煤气低发热值：16515KJ，湿煤气含水量4%。最高烧成温度：1270℃烧成周期：72h1.2.2产品名称及规格名称：电瓷规格高：150mm直径：110mm产品单位重量：1.0㎏坯体总线收缩率：1.9%入窑水分：2%产品合格率：95%4第2章窑体主要尺寸的确定2.1入窑坯体尺寸外高：150mm最大外径：110mm2.2预选硼板尺寸及装窑方式预选硼板尺寸：560*550*22mm装窑方法：每个硼板上面放置14个电瓷。硼板之间紧密放置。坯体间留有10-15mm的火道.2.3窑车主要尺寸计算沿窑车宽度方向和长度方向上硼板外边缘与窑车边缘各留有70mm和125mm的空隙。根据上面的装窑方法得出窑车的尺寸：窑车长：3000mm窑车宽：3500mm2.4窑的有效尺寸计算由上面的计算得出窑的有效长：6000mm窑的有效宽：3500mm窑的有效高：2500mm体积=长*宽*高=52.5立方米2.5支柱规格支柱除需满足强度要求外，还要求平稳且有效体积尽量小。支柱规格：165*40*40（mm）2.6每窑所装层数高/支柱高+硼板高=2500/165+20=13.5，则每窑装13层。5第3章烧成制度的确定为了满足生产工艺的要求，使设计操作有章可循，必须制定一个合理的烧成制度。根据制品的化学组成和矿物组成的特性以及烧成工艺过程来确定烧成制度，气氛制度，压力制度。基本要求如下：①在各阶段有一定的升（降）温速率，不得超过。以免内外温差过大形成破坏应力。使制品变形或开裂，同时还要考虑在该阶段中所进行的物理—化学变化所需的时间。②在适当的温度下应有一定的保温时间，以使制品内外温度趋于一致，皆达烧成温度，保证整个制品内外烧结。③在氧化和还原阶段应保持一定的气氛制度，以保证制品中的物理—化学过程的进行。④全窑应有一个合理的压力制度。以确保温度制度和气氛制度实现。3.1烧成制度3.1.1各阶段的平均升温速率列表如下：表2-1各阶段的平均升温速率阶段温度范围(℃)烧成时间升温速率（℃/h）一25—25020h11.3二250—95010h70.0三950—10008h(氧化)6.0四1000—127010h(还原)27.0五1270—20024h50.03.2气氛制度的确定根据烧成工艺生产要求，全窑采用全氧化气氛，考虑到各阶段对气氛的要求不同，同时因氧化气氛过大，则应提高燃料需求量降低烧成温度。因而氧化气氛一般在a=1.05-1.15之间，而不宜过大。6四工作系统的确定梭式窑的工作系统包括排烟系统，燃烧系统，冷却系统及窑体的附属设备。梭式窑工作系统的好坏与窑的工作性能有很大关系。只有确定一个好的工作系统，才能保证窑炉的正常工作与运行。4.1排烟系统梭式窑的排烟系统是由火道，水平烟道，垂直烟道，排烟罩，烟囱等排烟装置组成。该窑窑底的60块硼板之间及硼板与窑的前后墙之间都留有火道，火道均匀地分布在窑底上。可使窑内水平截面上的温度均匀分布，同时窑底水平烟道和后墙上的垂直烟道相通。烟气由火道从窑内水平烟道。经由垂直烟道及设置在窑顶上的排烟罩，最后由烟囱排出。在窑顶与排烟罩底部设有烟道闸板，闸板材料为碳化硅质耐火板。该窑采用抽风机抽热风，因此可以通过调节抽风机转速来控制烟气排放量。4.2燃烧系统燃烧系统由供气管路，烧嘴等组成。供气管路上有调节阀，压力表等使气体燃料的压力稳定，实现微调节。该窑采用的烧嘴为动力式高速烧嘴。这种烧嘴具有在窑内实现强烈的搅拌湍流气流，达到温度均匀。喷出热气温度可调，由于调温风的引入，使得烧嘴喷出的热气温度可调，使升温段在200℃是就可以实现自动控温。安全切断保护装置：当停电造成熄火时自动关闭燃气，避免因煤气泄露而发生爆炸。针对以上特点及生产过程中的实际情况和要求，我特选用了湖南一公司生产的燃烧器。4.3冷却系统由于梭式窑属于间歇式窑炉，因而余热可在窑内温度在1260℃时开启鼓风机直到窑内温度下降到200℃关闭鼓风机。当窑内温度下降到100℃时关闭抽风机。4.4附属设备该窑的附属设备包括：测温装置，测温孔，观火孔等。在窑体窑墙设有六个测温孔，内插入热电偶。在窑门有3个观火孔，窑墙两侧各为3个和4个观火孔。可观察窑内的燃烧及制品的烧成情况。五窑体材料及其厚度的确定75.1窑体材料的选择本次设计的高温梭式窑，其最高烧成温度为1270℃，考虑到现代间歇窑向轻型化，灵活化发展。因此在选择窑体材料时要尽量满足以下几个要求：①窑体材料包括耐火材料和隔热材料。②由于窑在使用中要受到周期性的热冲击，因此窑体材料热稳定性要好。③耐火材料必须能够耐高温，具有良好的耐热性能并具有一定的强度，以保证窑炉升到最高温而不倒塌，同时导热系数要低，以降低外表面温度。减少散热量，降低能耗。保证烧成的高温。④隔热材料的蓄热小，散热也不大。要具有良好的保温性能以降低能耗。⑤对某些安全使用温度限制的保温材料要校核安排的位置是否在材料的使用温度范围内。⑥窑体材料要轻，以减轻窑体重量及窑体蓄热。⑦为增加窑体的气密性和便于砌筑，梭式窑一般采用钢板外壳。5.2窑体材料厚度的确定原则①为方便砌筑和外观整齐，窑墙厚度变化不要太多。②与砌型尺寸一致，厚度方向不允许砍砖。总之，确定材料种类和厚度，应在考虑满足生产基本要求以及安全，经济的基础上。使窑体蓄热和散热两者都尽可能少或者总和尽可能少。5.3根据以上原则，结合所参观实习的一些窑炉特点，所选的材料和厚度如下：窑体材料及厚度的确定材料厚度(mm)λ（/Wm·℃）C(kJ/kg·℃)P(kg/m³)多晶莫来石纤维500.1751.131288窑墙轻质莫来石砖3450.251.20800普通硅酸铝纤维600.151.10128窑顶多晶莫来石纤维500.1751.13128轻质莫来石砖3000.251.20800普通硅酸铝纤维800.151.10128窑门多晶莫来石纤维500.1751.13128轻质莫来石砖3450.251.20800普通硅酸铝纤维600.151.10128窑车多晶莫来石纤维500.1751.131289轻质莫来石砖3000.251.20800轻质耐火粘土砖1300.841.102000硼板碳化硅质量220.9632700立柱堇青石质400.8431890六燃料及燃烧计算6.1燃料组成所用城市煤气成分2H4CHCmHnCO2CO2N2O572637350.6Q热=16515KJ/Bm³,湿煤气含水量4%.6.2空气量的计算6.2.1换算成湿煤气组成:XV=Xd(100-H2O)/100=0.96Xd组分2H4CH24CHCO2CO2N2O2HO体积(%)54.7224.962.886.722.884.80.57646.2.2计算理论空气量Vao和实际空气量Va:Vao=(1/2×54.72+2×24.96+3×2.88+1/2×6.72-0.576)×100/21×1/100=4.224(Nm³/Nm³)取空气过剩系数a=1.1«硅酸盐工业热工基础»P24310气体燃料a=1.05∽1.15Va=aVao=1.1×4.224=4.656.3烟气量及烟气组成计算6.3.1理论烟气量Vo及理论烟气组成(气体燃料)基准:1Nm³气体燃料理论烟气量中CO2含量来自气体燃料中的CO,CH4,CmHn中硫的氧化及气体燃料中原有的CO2:V02CO=(2CO+CO+4CH+mCmHn)×1/100=0.3744(Nm³/Nm³)理论烟气量中2CO含量来自气体燃料中的CO,4CH,CmHn,2HS中氢的氧化及气体燃烧中原有的2HO:V2HO=(2HO+2H+24CH+1/224CH)×1/100(Nm³/Nm³)=(4+54.72+2×24.96+2×2.88)×1/100=1.14(Nm³/Nm³)V2N=2N×1/100+V2O×79/21(Nm³/Nm³)=4.8×1/100+79/100×4.224=3.38(Nm³/Nm³)理论烟气量VO为:VO=V2CO+V2HO+V2N=0.3744+1.14+3.38=4.89(Nm³/Nm³)6.3.2实际烟气量及烟气组成a=1.11时,实际烟气量V(Nm³/Nm³)燃料为:V=VO+(a-1)VaO=4.89+(1.1-1)×4.224=5.31(Nm³/Nm³)烟气组成中V2CO,V2HO与理论烟气量中VCO,V2HO相同.而V2N=2N×1/100+aV2O°×79/21=0.048+1.1×79/100×4.22411=3.72(Nm³/Nm³)6.4理论燃烧温度与实际燃烧温度的计算燃料燃烧时放出热量,使燃烧产物的温度升高.燃烧产物的温度叫做燃烧温度.燃烧温度可以通过分析燃烧过程收入和热量支出的平衡来求出.燃烧过程中的热平衡项目如下(基准:1Nm³燃料,0℃)收入热量:①料的化学热Qnet;②料带入的物理热Qf=Cf*tf;③气带入的物理热Qa=VaCata支出热量:①燃烧产物所含的物理热Q=VCtp;②燃烧产物传给周围物体的热量Ql;③机械不完全燃烧造成的热损失Qml;④化学不完全燃烧造成的热损失Qch;上述项目中的Cf,Ca,C分别表示燃烧.空气和燃烧产物从0℃至各自温度下的平均比热,KJ/Nm³•℃tf,ta分别表示燃料和空气进入燃烧室的温度.tp表示燃烧产物的实际温度.Va,V分别表示实际空气量和烟气量.据热平衡方程式为:Qnet+Qf+Qa=Q+Ql+Qml+Qchtp=(Qnet+Cf×tf+VaCata)/Vc取燃料室温tf=20℃下进入燃烧室.查«硅酸盐工业热工基础»表4-13和4-18可得:Cf=1.32KJ/Nm³•℃Ca=1.296KJ/Nm³•℃C=1.57KJ/Nm³•℃又有Va=4.65Nm³/Nm³V=5.31Nm³/Nm³理论燃烧温度Tth=(Qnet+Cf×tf+VaCate)/Vc=(16515+1.