窑炉设计

《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姓名：张智颖学院：材料科学与工程学院专业：无机083指导老师：李晓生摘要时代在进步，社会在发展，人民生活水平的不断提高，陶瓷工业在生活中占有重要的地位日益重要。因此正确选择烧成窑炉是获得性能良好制品的关键。陶瓷窑炉可分为两种：一种是间歇式窑炉；另一种是连续式窑炉，比如隧道窑。隧道窑与间歇式的旧式倒焰窑相比较，具有一系列的优点:①生产连续化，周期短，产量大，质量高。②利用逆流原理工作，因此热利用率高，燃料经济，因为热量的保持和余热的利用都很良好，所以燃料很节省，较倒焰窑可以节省燃料50～60%左右。②烧成时间减短，比较普通大窑由装窑到出空需要3～5天，而隧道窑约有20小时左右就可以完成。③节省劳力。不但烧火时操作简便，而且装窑和出窑的操作都在窑外进行，也很便利，改善了操作人员的劳动条件，减轻了劳动强度。④提高质量。预热带、烧成带、冷却带三部分的温度，常常保持一定的范围，容易掌握其烧成规律，因此质量也较好，破损率也少。⑤窑和窑具都耐久。因为窑内不受急冷急热的影响，所以窑体使用寿命长，一般5～7年才修理一次。隧道窑建造所需材料和设备较多，因此一次投资较大。因是连续烧成窑，所以烧成制度不宜随意变动，一般只适用大批量的生产和对烧成制度要求基本相同的制品，灵活性较差。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。本设计隧道窑炉是连续式窑。窑炉总长106米，内宽3.35米，烧成温度是1280摄氏度。燃料采用天然气。年产量达50万件。目录设计任务书………………………………………………………1第1章原始资料…………………………………………………2第2章窑体主要尺寸的确定……………………………………32.1窑主要尺寸的确定……………………………………………32.2推车时间………………………………………………………3第3章工作系统的初步确定……………………………………43.1窑体……………………………………………………………43.2燃烧系统………………………………………………………43.3排烟系统………………………………………………………43.4冷却系统………………………………………………………43.5检查坑道和事故处理孔………………………………………43.6测温孔及观察孔………………………………………………43.7测压孔…………………………………………………………53.8钢架……………………………………………………………5第4章窑体材料和厚度的确定…………………………………6第5章燃料燃烧计算……………………………………………75.1助燃空气量计算………………………………………………75.2烟气量计算……………………………………………………75.3燃烧温度计算…………………………………………………7第6章热平衡的计算……………………………………………86.1计算基准………………………………………………………86.2热收入项目……………………………………………………86.3热支出…………………………………………………………96.4列热平衡方程式………………………………………………126.5预热带和烧成带热平衡表……………………………………13第7章冷却带热平衡的计算…………………………………147.1计算基准……………………………………………………147.2热收入项目…………………………………………………147.3热支出项目…………………………………………………157.4列热平衡方程式………………………………………………177.5冷却带热平衡表………………………………………………17第8章排烟系统设计与计算…………………………………188.1排烟系统的设计………………………………………………188.2阻力计算……………………………………………………188.3风机选型……………………………………………………20第9章总结……………………………………………………21第1页设计任务书专业无机非金属材料工程班级无机083学生姓名张智颖指导教师李晓生题目年产50万件卫生洁具隧道窑炉设计主要研究内容和设计技术参数：1、产品：卫生洁具（产品结构自定）；2、产量：50万件/年；3、年工作日：350天；4、燃料：城市天然气；Qnet,ar=35500KJ/M35、烧成合格率：95%；6、坯体入窑水分：1%；7、烧成周期：自定；17h小时8、氧化气氛烧成；9、烧成温度：1280℃基本要求（含成果要求）：1、认真思考，团队完成；2、编写详细设计说明书，含设计计算、材料概算等并要求应用计算机计算、处理和分析。说明书一律用A4纸打印；3、绘制窑炉设计图纸：要求为三视图，A3图纸；4、；设计说明书5000字以上；工作进度计划：（本学期第五周开始课程设计）1、第5-6周：分配工作，收集相关资料；2、第7周：查找资料，确定方案；3、第8-9周：进行初步设计计算；4、第10周：详细计算并设计草图；5、第11-12周：完成全部图纸；6、第13周：编制设计说明书；第2页第1章原始资料卫生洁具坯体组成（%）表1-1坯体组成SiO2Al2O3CaOMgOFeOK2ONa2OTiO2I.L67.219.040.340.230.343.140.214.74.8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第3页第2章窑体主要尺寸的确定2.1窑主要尺寸的确定2.1.1装车方法为使装车方便，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。2.1.2窑长的确定根据窑车和制品的尺寸，窑内宽B取3550mm。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）=[(500000×17×1.5)/(350×24)]/(0.95×15)=106m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26m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：n=106/1.96=54辆窑内容车数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。第4页第3章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18～30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31～38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。31～35车位采用直接向窑内吹入冷风的方式，共设置了5对急冷风管，直接向窑内喷入冷风。制品冷却到800～500℃范围时即在36～47车位，是产生冷裂的危险区，应严格控制该段冷却降温速率。为了达到缓冷的目的，本设计采用间壁冷却的形式。在48～51时26～29号车位设有4对热风抽出口，每车位对应一对。在52～53节设置4对轴流风机，直接对窑内的制品进行冷却，以保证制品的出窑温度低于80℃。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，高温处密第5页点，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。3.7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。第6页第4章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。表4-1窑体材料和厚度表窑墙窑顶温度段(℃)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)该段厚度(mm)20-970351142301035420230250970-128023114230100104542302304601280-8001111423010010454230230460800-80371142301035420230250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。第7页第5章燃料燃烧计算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：（173