窑炉课程设计－产120万平米玻化砖柴油辊道窑设计.doc

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1、景德镇陶瓷学院窑炉课程设计说明书题目：年产120万平米玻化砖0#柴油辊道窑设计学号： 201230451136 姓名： 院（系）： 科技艺术学院 专业： 12无非（1）班 指导教师： 目录一、设 计 任 务 书31.1 设计题目31.2 设计技术指标、参数3二、窑体主要尺寸的确定42.1 窑内宽的确定42.2 窑体长的确定42.3 窑内高的确定6三、工作系统的确定73.1 排烟系统73.2 燃烧系统73.3 冷却系统83.4 传动系统93.5 窑体附属结构9四、 窑体材料确定11五、 燃料燃烧计算125.1 燃料所需空气量（标准状况下）125.2 燃烧产生的烟气量（标准状况下）135.3烧成温

2、度13六、预热带、烧成带热平衡计算146.1 热收入项目146.2 热支出项目166.3 热平衡方程206.4 热平衡表20七、冷却带热平衡计算217.1 热收入项目217.2 热支出项目227.3 热平衡方程267.4 热平衡表26八、排烟管道尺寸278.1排烟管道尺寸278.2总烟管尺寸278.3分烟管尺寸289 参考文献28一、设 计 任 务 书1.1 设计题目：年产量105万m2玻化砖辊道窑设计1.2 设计技术指标、参数：1、坯料的化学组成（%）：SiO2Al2O3CaOMgO2Fe2O3K2ONa2OIL67.5216.342.262.740.812.062.455.822、产品的规

3、格：60060010mm 3、入窑水分 ：1.5%4、产品合格率：97%5、工作日：3356、烧成周期：69分钟7、最高烧成温度：1210oC8、气氛制度：全氧化气氛9、燃料：0#柴油Qnet=41800KJ/Nm3二、窑体主要尺寸的确定2.1 窑内宽的确定产品规格：60060010 mm，可知砖的宽度为600 mm，考虑到烧成收缩率为10，则： 坯体离窑墙内壁一般应有100200 mm间隙，取150 mm。暂定窑内宽B2500 mm，则可排砖数为：确定并排3片砖，每片砖的间隙取25 mm，则窑内宽B为；最后定窑内宽B2400mm。2.2 窑体长的确定年产量120万m2，烧成周期为69分钟，年

4、工作日为335天，产品合格率为97，则：=1.6199故窑体长L为：故取窑长L=110m，此次采用装配式，由若干节联结而成。由于制品的尺寸是60060010，且辊棒在高温的时候会有一些变形。考虑这些因素，设计棍棒中心间距为100。设计每节20根棍棒，即每节长2000，节与节联接的长度为8。则，取节数为55节。因而全窑总长L为:。全窑各带长度分布：窑前段： mm 取 7节 长度= mm预热带： mm 取 18节 长度= mm烧成带： mm 取 9节 长度= mm冷却带： mm 取 21节 长度= mm2.3 窑内高的确定辊道窑的内高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。对于辊上高的设置，要考虑以下四

5、个方面：损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去，烧嘴的设置也要有一定的高度，气体与坯体之间的换热强度，气流通畅与燃烧空间。而对于辊下高的设置而言，主要是损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去即保证处理事故的方便。从传热角度来讲，烧成带以辐射为主，所以气体厚度要大点，内高稍高些。而预热带以对流换热为主，所以 高比烧成带低，使得横截面减小，流速加快，提高对流换热强度。辊上高应大于制品高度，但对大件瓷品，则辊上高应比辊半径，垫板厚度，以及最大制品高度之和稍大。滚下高则主要时保证处理事故的方便，从理论上讲对焙烧建筑瓷砖的辊道窑下高最好应大于砖对角线的长度，但对于大制品按此计算会造成内高太大，即增大了窑墙散热，

6、也不利于窑内传热，由于制品从辊上掉下，一般都发生了破损大件尤其如此，尺寸都比都比整砖小了，故根据各地辊道窑实际情况来看辊下高只要大于或等于制品长边就足够。再结合经验数据，内高的设置如下（单位mm）： 温度较抵处：预热升温段40800 即1 18节 冷却降温段80080 即4355节温度较高处：烧成升温段8001210 即1936节 急冷降温段1210800 即3742节位置第1-18节第19-42节第43-55节辊上高350400350辊下高400450400内总高750850750三、工作系统的确定工作系统包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统、传动系统、窑体附属结构等。3.1 排烟系统 辊道窑为

7、快烧窑，烟气温度高，一般达到250300，为了提高热利用率，辊道窑采用集中排烟方式，本设计于第1节窑顶设一对圆形排烟口；第7节窑顶设一对圆形排烟口；窑底排烟汇总支烟管从窑上辊了传动的主动端一侧向上进入窑顶的总烟气管道。在各出烟口分别用圆管引出，汇总到上下排烟分管，最后汇总到窑顶的排烟总管中。3.2 燃烧系统根据所选用的燃料为0柴油，采用全部喷入窑道燃烧的方式，只通过烧嘴砖的燃烧道中空部分燃烧，不另设燃烧室，并在辊上辊下各设一层烧嘴，同层烧嘴两侧交错布置，同侧烧嘴上下交错布置。为均匀窑内温度，强化窑内对流换热，选用小流高速烧嘴。在窑体预热带15-18节的各节辊道下排布一对烧嘴，在窑体烧成带19-

8、28节，每节三个排布，一侧辊上1支、辊下2支，另一侧则辊上2支、辊下1支，下一节则两侧对调布置。3.3 冷却系统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，余热风可供干燥或者作助燃风用，达到节能的目的。本设计中冷却系统分急冷段、缓冷段和快冷段。3.3.1 急冷段急冷指的是从最温度1210到700，制品由于液相存在而且有相当的可塑性，可采用直接喷冷风对吹冷却，而不会使产品破裂。在急冷段第3741节辊上下都设置吹风管，横贯窑断面，每节设有4对，每一管对着产品的侧面都开

9、有喷风小缝，对着产品均匀吹冷风。3.3.2 缓冷段制品冷却到700400范围时，是产生冷裂的危险区，应严格控制该段冷却降温速率。为达到缓冷目的，采用热风冷却制口的办法，在该段第4147节，在窑顶设置一对抽热风口。3.3.3 窑尾快冷段制品冷却至400以后，可以进行快速冷却。采用辊上下冷风喷管冷却，在第4855节每节设置2对冷风管对吹，直接鼓吹冷内，进行冷却制品。3.3.4 热风抽出口位置、抽热风管走向热风抽出口设在每节窑的中部，抽热风管走向为从各支管汇入窑顶总管，总管通向预热带，使抽出的热风进入预热风管，对制品进行预热。3.4 传动系统3.4.1辊子的选择400以下，用普通无缝钢管，其余各处用

10、刚玉莫来石质辊棒，高温荷重软化温度为1550，长度为3100，外径45.3.4.2 确定辊距辊距即相邻两根辊子的中心距，确定辊距主要依据是制品长度、辊子直径以及制品在辊道上移动的平稳性，一般用下面经验公式计算：式中：H为辊距，；l为制品长度，。因l600，故可得H的范围在：120200，考虑到每节长2008，辊距定为125.5，每节装16根辊棒。 辊子总数为N=16X55=880根3.4.3 传动方案传动机构采用齿轮传动，并采用分段传动，分别带动的方式，全窑共15个电动机来带动，平均每3 节用一台电机。传动过程：电机-减速器-主动链轮-滚子链-从动链轮-联轴节-传动轴-主动齿轮-从动齿轮-辊棒

11、传动轴-辊子。3.5 窑体附属结构3.5.1事故处理孔设计将事故处理设在辊下，且事故处理孔下面与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的砖坯碎片。为加强窑体密封，应尽量少设置事故处理口，而为了便于处理事故，两侧墙事故处理一般采用交错布置形式，为了能清除窑内任何位置上的事故而不造成“死角”，两相邻事故处理孔间距不应大于事故处理孔对角线延长线与对侧内壁交点连线。经过计算，取l 事故处理孔尺寸为：辊下处理孔350120mm，辊上处理孔mm.l 根据同侧事故处理孔距离L2（b+c）=2b（1+B）/=2350（1+1968）/300=459，经过计算，同时考虑到实际情况，取L=4500mm。3.5.2 测

12、温测压孔与观察孔测温测压孔间距一般为35 m，高温段布密些，低温段布稀些，在烧成曲线的关键点，如氧化末段，晶型转化点，釉始熔点，成瓷段，急冷结束等都应设测温孔。本设计在窑前带、预热带和冷却带每隔一节窑顶设置测温测压孔，对应的窑墙与窑顶错开每隔一节设置；在烧成带窑顶均设置，窑墙错开设置；在各带联接处多设置一两个。每个烧嘴的对侧窑墙设置直径30mm的观察孔，上窑墙观察孔的里面要向下打个斜角，以便可以观察窑内砖的走势情况及其它燃烧情况3.5.3 膨胀缝一般每隔2 左右留设1020膨胀缝，内填陶瓷棉或石棉。为保证各节间的气密性，窑体膨胀缝应在每节的中部留设。砌体为多层砖，各层砖的膨胀缝应错缝留设。窑体

13、受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免砌体开裂、挤坏，必须重视窑体膨胀的留设，窑墙、窑顶等砌体都要留设，一般每隔2m左右留设2040mm膨胀缝，内填陶瓷棉或石棉。3.5.4 挡墙、挡板本设计一起设计了挡墙和挡板，分别设在各个温度段之间以均匀温度和调节窑内温度。在冷却带急冷鼓风两端及抽热风段两端也设置挡墙，对窑内压力制度进行调节。由于辊道窑属中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，难以调节窑内压力制度及温度制度。因此，通常在辊道窑工作通道的某些部位，辊下筑挡墙，辊上插挡板，缩小该外工作通道面积，以增加气流阻力，便于压力与温度制度的调节。一般来说，下挡墙与上档板的设置应该根据各个段的要求来定。如在烧成带

14、与冷却带之间设置挡墙、挡板是为避免烧成带的烟气倒流，又避免了压力波动时急冷风窜流向烧成带而降低高温区温度。预热带设置挡墙、挡板可以增加烟气在高温区的滞留时间，提高烟气利用率，从而提高热利用率。还用为了更好的控制温度，还在中高温设置几个上档板与下挡墙。四、 窑体材料确定整个窑体由金属支架支撑。窑体材料要用耐火材料和隔热材料。整个窑炉的材料表窑体材料的选择名称材质使用温度导热系数厚度低温段118节，4355节窑顶耐火层轻质粘土砖11500.26+0.00023t230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑墙耐火层轻质粘土砖11500.26+0.00023t230隔热层硅酸铝耐火纤维束100

15、00.13130窑底耐火层轻质粘土砖11500.26+0.00023t230隔热层硅藻土砖9000.063+0.00014t90高温段1942节窑顶耐火层轻质高铝砖14000.66+0.00008t230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑墙耐火层轻质高铝砖14000.66+0.00008t230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑底耐火层轻质高铝砖14000.66+0.00008t230隔热层硅藻土砖9000.063+0.00014t195为使窑体与传动系统既有机的构成一个整体，又互为独立的系统，不但便于精确安装辊道以及其他机构，而且为正常的运转后的维修，调整与更新辊子带

16、来了极大地便利，不足之处是气密性不好，为弥补这一缺陷，上窑墙放在支撑钢上的为一块七字型砖，孔砖也做成与其吻合的形状构成曲封，这种孔砖不起承重作用，因而可以采用轻质砖。孔砖：材质：轻质高铝砖 使用温度：1300 导热系数0.66+810-5t五、 燃料燃烧计算5.1 燃料所需空气量（标准状况下）查得0柴油的元素比例为：CarHarOarNarSarMarAar85.513.40.660.040.2500.01理论空气量： 取空气过剩系数：1.25实际空气量：5.2 燃烧产生的烟气量（标准状况下）理论烟气量： 实际烟气量：5.3烧成温度理论燃烧温度：已知ta=tf=20 Ca=1.84(KJ/(K

17、g),Cf=1.32KJ/(m3)设tth1700，查有关表得Cf1.66KJ/(m3).查阅资料得Qnet=41800KJ/Nm3: ()求得温度与假设温度相对误差：可知假设合理，取高温系数0.85，实际温度:比要求温度1210高出262,基本合理。六、预热带、烧成带热平衡计算热平衡计算包括预热带、烧成带和冷却带热平衡计算，预热带、烧成带热平衡计算的目的在于求出燃烧消耗量，冷却带热平衡计算，目的在于计算出冷却空气鼓入量和热风抽出量。另外，通过热平衡计算可以看出窑炉的工作系统结构等方面是否合理，哪项热耗大，能否采取改进措施。下面是计算预热带、烧成带的热平衡。时间以1小时，温度以0作为基准。热平

18、衡框图如下： 其中坯体带入显热 燃料带入化学热及显热助燃空气带入显热 预热带漏入空气带说显热产品带出显热 窑体散失热物化反应耗热 烟气带走显热其他热损失6.1 热收入项目第17节热源为烟气余热，即利用烟气带走显热，所以第17节不列入热平衡计算中，应以第6坯体计算坯体带入显热，以第7节烟气温度值计算烟气带走显热。6.1.1 坯体带入显热Q160060010的玻化砖每平方米质量为20.104/，取烧成灼减5.入窑干制品质量G1为:入窑制品含自由水1.2,湿基制品质量:制品入窑第6节时温度t1=250，入窑制品比热容c1为： =0.905 kJ/(kg) 6.1.2 燃料带入化学热及显热0柴油低热值

19、，入窑柴油温度，20时柴油比热容。设柴油消耗量为x m3/h. 6.1.2 助燃空气带入显热助燃空气温度，20时空气比热容；助燃空气实际总量，则：6.1.3 预热带漏入空气带说显热取预热带空气过剩系数，漏入空气温度，则漏入空气总量为： 6.2 热支出项目6.2.1 产品带出显热烧成产品质量制品出烧成带（第30节）温度t2=1190 6.2.2 窑体散失热将计算窑体分两部分，即第722节:4001000，平均温度值为700；第2332节：10001190，取平均值1095.6.2.2.1 第722节，窑外壁表面平均温度为40，窑内平均温度700。1、窑顶轻质粘土砖导热系数，厚度；耐火纤维导热系数

20、，厚度。则：热流q为：侧墙厚度，窑内宽B=2.4m,窑体宽。故窑顶散热面积 2、窑墙轻质粘土砖导热系数，厚度； 耐火纤维导热系数，厚度。则：热流q为：窑顶厚度，窑底厚度,窑体高。故一侧墙散热面积： 二侧窑墙散热量：3、窑底:轻质粘土砖导热系数，厚度；硅藻砖导热系数，厚度 。则：热流q为：窑底散热面积 6.2.2.2 第2332节，窑外壁表面平均温度为80，窑内平均温度1095。1、窑顶轻质高铝砖导热系数，厚度；耐火纤维导热系数，厚度。则：热流q为：窑顶散热面积= 2、窑墙轻质高铝砖导热系数，厚度； 耐火纤维导热系数，厚度。则：热流q为：窑顶厚度，窑底厚度,窑体高。故一侧墙散热面积： 二侧窑墙散

21、热量：3、窑底:轻质高铝砖导热系数，厚度；硅藻砖导热系数，厚度。则：热流q为：窑底散热面积 故窑体散热:6.2.3 物化反应耗热1、自由水蒸发吸热自由水质量；烟气离窑温度。2、其余物化反应热用反应热近似代替物化反应热，入窑干制品质量，含量为16.34，所以：故： 6.2.4 烟气带走显热离窑烟气总量 烟气离第7节窑温度，400时烟气比热容：6.2.5 其他热损失其他热损失，根据经验占热收入的5，则：6.3 热平衡方程每小时烧成产品质量为2752.73kg/h，所以：公斤产品热耗6.4 热平衡表热收入热支出项目kJ/h项目kJ/h坯体带入显热524470.5产品带出显热3765145.641.3

22、3 燃料化学热8911238.498.06窑炉散失之热1167765.612.82 助燃空气显热77362.860.85物化反应热118208912.98 漏入空气显热46218.120.5烟气带走显热250786227.53 其他热损失486385.85.34 总计9087266.38100总计9109248100七、冷却带热平衡计算时间以1小时，温度以0为计算基准。热平衡框图如下： 其中：其中制品带入显热 冷却风带入显热制品带走显热 窑体散失热缓冷带抽出的空气显热 其他热损失7.1 热收入项目7.1.1 制品带入显热7.1.2 冷却风带入显热取风鼓入冷风温度为20,该温度下空气比热容,设鼓

23、入冷风量为,则: 7.2 热支出项目7.2.1 制品带走显热出窑产品温度,出窑产品质量，此时产品平均比热容为:故7.2.2 窑体散失热 将计算窑段分为两部分,即第3335节和第4850节。第3335节：1120650,取平均值885；第4850节：65080，取平均值365。7.2.2.1 第3335节(平均温度885)1、窑顶轻质高铝砖导热系数，厚度；矿渣棉导热系数，厚度。设外壁最高温度，环境温度取。先计算最大散热系数： 最大热流为：据导热公式有：相对误差：，认为假设合理。又：窑顶散热面积故2、窑墙轻质高铝砖导热系数，厚度；矿渣棉导热系数，厚度。同理设外壁最高温度，环境温度取。据导热公式有：

24、相对误差：，认为假设合理。该段窑体高度一侧窑墙散热面积故两侧墙3、窑底：轻质高铝砖导热系数，厚度；耐火混凝土导热系数，厚度；设外壁最高温度，环境温度取。据对流辐射换热最大散热系数计算公式有： 最大热流为：据导热公式有：相对误差：，认为假设合理。又：窑底散热面积故7.2.2.2 第3850节(平均温度365)1、窑顶轻质高铝砖导热系数，厚度；矿渣棉导热系数，厚度。设外壁最高温度，环境温度取。据对流辐射换热最大散热系数计算公式有：最大热流为：据导热公式有：相对误差：，认为假设合理。又：窑顶散热面积故2、窑墙轻质高铝砖导热系数，厚度；矿渣棉导热系数，厚度。同理设外壁最高温度，环境温度取。据对流辐射换

25、热最大散热系数计算公式有：最大热流为：据导热公式有：相对误差：，认为假设合理。该段窑体高度一侧窑墙散热面积故两侧墙3、窑底：在窑体下面与干燥器间装有100厚耐火纤维起保温作用。轻质高铝砖导热系数，厚度；耐火混凝土导热系数，厚度。设外壁最高温度，环境温度取。据对流辐射换热最大散热系数计算公式有：最大热流为：据导热公式有：相对误差：，认为假设合理。又：窑底散热面积故7.2.2.3 窑体散热7.2.3 缓冷带抽出的空气显热设热空气抽出量即为冷却空气鼓入量，其温度为200，此温度下的空气平均比热为：，则：7.2.3 其他热损失取经验数据，其他热损失占总热收入的5，则：7.3 热平衡方程由热收入=热支出

26、，得：得： 7.4 热平衡表热收入热支出项目kJ/h项目kJ/h产品带入显热3765145.691.72产品带出显热189563.94.61冷却风带入显热339650.228.27窑体散失之热246323.96抽出空气带出显热3448756.0884.01其他热损失220151.5115.36总计4104795.82100总计4104795.39100八、排烟管道尺寸8.1排烟管道尺寸 排烟系统需排烟气量： 烟气抽出时实际体积为：烟气在金属管中流速，根据经验数据取10m/sV= Vg（273+400）/273=1.89 （m3/ s）8.2总烟管尺寸 烟气在金属管中流速，根据经验数据取=10m

27、/s，内径d总=（4V/）0.5 = 41.89/（3.141510） 0.5 =0.50m所以，总管内径取值：500mm,长度取5m. 8.3分烟管尺寸 分管流量=V/2=1.89/2=0.95（m3/ s）内径d分=（4v/）0.5 = 40.95/（3.141510） 0.5 =0.348m考虑到调节的方便性分管内径取值为：350mm，长度取4m.8.4支烟管尺寸 烟气在支管的流速为：=10m/s，流量=1.89/4=0.47（m3/ s）内径d支=（4v/）0.5 = 40.47/（3.141510） 0.5 =0.245m所以，支管内径应该不小于245mm，考虑到调节的方便取值为：250mm，长度取0.5m.9 参考文献1、胡国林 .建陶工业辊道窑. 北京. 中国轻工业出版社2、陈功备、胡国林、周露亮. 陶瓷工业窑炉. 武汉工业大学出版社3、孙晋涛 .硅酸盐工业热工基础. 武汉工业大学出版社4、刘振群 .硅酸盐工业热工设备.武汉工业大学出版社5、蒋鉴华 .热工仪表及自动控制.景德镇陶瓷学院6、机械制图编写组 .机械制图 .高等教育出版社7、张愈森 .耐火材料工艺学. 冶金工业出版社