隧道窑课程设计说明书

山东大学窑炉设计说明书题目：设计一条年产卫生瓷5万大件的隧道窑学号：姓名：学院：材料科学与工程学院班级：指导教师：一、前言随着经济不断发展，人民生活水平的不断提高，陶瓷工业在人民生产、生活中都占有重要的地位。陶瓷的发展与窑炉的改革密切相关，一定结构特点的窑炉烧出一定品质的陶瓷。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,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。二、设计任务与原始资料1课程设计题目设计一条年产卫生陶瓷5万大件的隧道窑2课程设计原始资料（1）、年产量：5万大件/年；（2）、产品名称及规格：洗手盆，800*500*300,质量20Kg/件;（3）、年工作日：350天/年;（4）、成品率：90%；（5）、燃料种类：城市煤气，热值QD=15500KJ/Bm3;（6）、制品入窑水分：2.0%；（7）、烧成曲线：20~~970℃，8h；970~~1280℃，3h；1280℃，保温1.5h；1280~~80℃，12.5h；最高烧成温度1300℃，烧成周期25h。3课程设计要求采用合理窑型，对窑体尺寸进行计算，确定窑炉工作系统，选择窑体材料并确定其厚度，对燃料燃烧、窑炉热平衡及排烟系统进行计算，确定燃料消耗量。依据上述计算，绘出窑炉详细结构图。三、烧成制度的确定1、温度制度的确定根据制品的化学组成、形状、尺寸、线收缩率及其他一些性能要求，制订烧成制度如下：20~~970℃，8h；预热带970~~1280℃，3h；烧成带1300℃，保温1.5h；保温阶段1300~~80℃，12.5h；冷却带烧成周期:25小时2、窑型选择卫生瓷是大件产品，采用普通窑车隧道窑。由于考虑到燃料为城市煤气，经过净化处理，不会污染制品。若再从窑的结构上加以考虑，避免火焰直接冲剧制品，所以采用明焰露袭的形式(制品不袭匣钵)，既能保证产品质量，有增加了产量，降低了燃料消耗，改善了工人的操作条件，并降低了窑的造价，是合理的。四、窑体主要尺寸的确定1、窑主要尺寸的确定。为使装车方便，并使窑内温度均匀，快速烧成，采用单层装车的办法，即窑车上只放一层制品。根据几种装车方法确定：窑车长×宽＝1500×870mm，平均每车装制品8件／车，干制品的平均质量为每件20Kg，则每车装载量为160Kg/车。=50000×25÷350÷24÷（0.9×8÷1.5）=31.00m窑内容车数：n=31.00/1.5=20.67辆取20辆则窑车有效长度为：20×1.5=30m2、窑体各带长度的确定预热带长Ly=（预热时间/总烧成时间）×总长=8/25×30=9.6m烧成带长Ls=（烧成时间/总烧成时间）×总长=（3+1.5）/25×30=5.4m冷却带长Lv=（冷却时间/总烧成时间）×总长=12.5/25×30=15m设进车室2m，出车室2m，则窑总长为30十2十2＝34m。窑内宽B根据窑车和制品的尺寸取800mm。窑内侧墙高(窑车装载面至拱脚)根据制品最大尺寸(并留有空隙)定为500mm。拱心角α取60°，则拱高f＝0．134B＝0.134×800＝107mm轨面至窑车衬砖面高660mm。为避免火焰直接冲击制品，窑车上设300mm高之通道(由40mm厚耐火粘土板及耐火粘土砖柱组成)。侧墙总高为(轨面至拱脚)H＝500十300十40十660＝1500mm窑内容车数20辆推车时间：25×60/20=75min/车小时推车数：60/75=0.80车/h五、工作系统的确定在预热带2—6号车位设9对排烟口，每车位一对。烟气通过各徘烟口到窑墙内的水平烟道，由4号车位的垂直烟道经窑顶金后管道至徘烟帆，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、3号、5号车位有三运气幕。其中1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧培皆开孔，气体喷出方向与窑内气流成90。声。3号和5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7号一10号车位设4对携烧室，不等距分布，两测相对排列。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，各烧最前压力基本相同。冷却带在11—14号车位处，有4m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12—14号车位有4m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。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，将丙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15—18号车位设4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：3号车位处用金届管道由热风机拍送干燥。窑后4：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7—17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5号车他处由排姻机排走。烧成带前后，即6号、12号车位处，设两对事故处理口。六、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。材料及厚度确定后可进行材料的概算。计算方法同例(1--1)、(1--2)，逐段逐层的计算。确定全窑的材料消耗量。七、燃料燃烧计算1、燃烧所需空气量该窑用城市煤气，其热值QD=15500KJ/Bm3;理论空气量：Vºa=0.26QD/1000-0.25=3.73;实际空气量:取空气过剩系数α=1.29Va=αVoa=1.29×3,73=4.82Bm3/Bm3;2、燃烧产生烟气量理论烟气量：Vo=0.272QD/1000+0.25=0.272*15500/1000+0.25=4.45Bm3/Bm3)实际烟气量V=Vo+（α-1）Voa=4.45+（1.29-1.00）*3.73=5.53(Bm3/Bm3)3、实际燃烧温度理论燃烧温度tth=(Qd+CfTf+VaCaTa)/VC=（15500+1.55×20+4.82×1.3×20）/5.53×1.64=1720oC(1730-1720)/1720×100%=0.6%5%所以合理取高温系数η=0.80则实际温度为:Tp=0.80*1720=1376oC比烧成温度1280oC高90oC，认为合理八、加热带热平衡计算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热平衡示意图QfQaQa`↓↓↓Q2→→QgQ1→→Q8↓↓↓↓↓Q3Q4Q5Q6Q7其中Q1---制品带入的显热Q2---棚板及支柱带入的显热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---棚板及支柱带出显热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干制品：G1=160Kg/车×0.80车/h=128(Kg/h)入窑制品含2%自由水，每小时入窑的湿制品为：G1’=128/（1-0.02）=130.6（Kg/h)入窑制品的比热随各地原料成分及分配方的不同而变化，一般在0.84~1.26KJ/kg℃范围。现取平均比热c’=0.92KJ/kg.℃入窑制品温度t1’=20℃则Q1=G1’·c’·t1’=130.6*0.92*20=2403（KJ/h)（2）垫板及支柱带入显热Q2:此窑制品不装匣体，亦不用棚板，为避免火焰冲击制品，窑车上有耐火粘土热垫板及支柱组成的火焰通道。垫板与支柱窑吸热，根据器体积、密度可求得每车质量为158.1Kg。G2=158.1*0.8=126（Kg/h)C2=0.845(KJ/kg.℃)根据公式可得：Q2=126*0.845*20=2129.4（Kg/h)(3)燃料带入化学热及显热Qf:QD=15500KJ/Bm3;入窑天然气温度，t=20℃查手册，此温度下的煤气平均比热为；Cf=1.37kJ/Bm3℃根据公式可得:Qf=x(QD+tf·Cf)=x(15500+1.37*20)=15530x（Kg/h)(4)空气带入显热Qa全部助燃空气作为一次空气。燃料所需空气量有1-10求得。Va=4.82xBm3/h助燃空气温度ta=20℃查手册，在20℃时空气的平均比热为；Ca=1.30(kJ/kg℃)根据公式可得Qa=Va*Ca*ta=4.82x*1.30*20=125xkJ/h(5)从预热带不严密处漏漏入空气带入显热Qa’取预热带烟气中的空气过剩系数a=2.5，由利1-10中已求出理论空气量V=3.73Bm3/Bm3;烧成带燃料燃烧时的空气过剩系数af=1.29Va'=x(2.5-1.29)*3.73=4.52xBm3/h漏入空气温度为ta'=20℃查手册，Ca'=1.30kJ/kg.℃根据公式可得；Qa’=Va’*Ca’*ta’=4.52x*1.3*20=117xkJ/h（6）气幕空气带入显热Qm；作气幕用的气体由冷却带时间接冷却出抽来，其带入之显热由冷却带热平衡计算为；Qm=216000kJ/h3、热支出项目:(1)产品带出显热Q3出产品带出质量G3=128Kg出烧成带产品温度t3=1280℃查手册，得产品平均比热；C3=1.20kJ/kg℃根据公式可得：Q3=128*1.20*1280=196608kJ/h（2）垫板支柱带走显热Q4垫板、支柱质量：G4=126kg/h出烧成带垫板、支柱温度，t4=1280℃查手册，次时粘土垫板、支柱的平均比热为：C4=1.178kJ/kg.℃根据公式得：Q4=G4*C4*t4=126*1.178*1280=189987kJ/h（3）烟气带走显热Qg；烟气中包括燃烧生成的烟气，预热带不严密处漏入之空气外，尚有用于气幕的空气。用于气幕之空气体积由冷却带计算为；Vm=1552Bm3/h离窑烟气体积；Vg=[Vog+(ag-1)Voa]x+Vm离窑烟气温度一般为200~300℃，现取tg=250℃查手册，此时烟气的平均比热为；Cg=1.44kJ/m3℃根据公式得：Qg={[Vog+(ag-1)Voa]x+Vm}*Cg*tg={[4.45+(2.5-1)*3.73]*x+1552}*1.44*250=3600x+559000kJ/h（4）通过窑墙，窑顶散失的热Qs根据各处材料的不同，并考虑温度范围不能太大，将预热带窑墙分为四段计算其向外散热，一侧散热：第一段；20~750℃，长7米，散热，4000kJ/h第二段；750~970℃，长2.5米，散热，3500kJ/h第三段；970~1280℃，长4.0米，散热6800kJ/h第四段；1280℃，长1.5米，散热2800kJ/h一侧总散热：17100kJ/h两侧总散热：17100*2=34200kJ/h窑顶按同样原则，计算结果为55000kJ/hQ5=34200+55000kJ/h=89200(5)窑车积蓄和散失之热Q6去经验数据，占热收入的25%。（6）物化反应耗热和散热之热Q7不考虑制品所含之结构水自由