年产800万件8寸汤盘隧道窑设计.doc

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1、课程设计说明书 题目：年产800万件8寸汤盘隧道窑设计学 号： 201xxxxxcccm 姓 名： xxxxx 院 （系）： fffff学院 工程系 专 业： xxxjj金属材料工程 日 期： 2014.05.26-2014.06.13目录1 前言12 设计任务书33 窑体主要尺寸的确定4 3.1 窑内宽的确定4 3.2 窑体长度的确定5 3.3 窑内高的确定 54 烧成制度的确定（主要指温度制度）65 工作系统的确定7 5.1 预热带系统7 5.2 烧成带系统7 5.3 冷却带系统8 5.4 传动系统8 5.5 窑体附属结构8 5.5.1 事故处理孔8 5.5.2 测温测压孔及观察孔8 5.

2、5.3 膨胀缝86 燃料燃烧计算8 6.1 空气量8 6.2 烟气量9 6.3 燃烧温度97 窑体材料及厚度的确定：列表表示全窑所用材料及厚度108. 物料平衡计算119 热平衡计算12 9.1 预热带及烧成带热平衡计算12 9.1.1 热平衡计算基准及范围12 9.1.2 热平衡框图13 9.1.3 热收入项目13 9.1.4 热支出项目15 9.1.5 列出热平衡方程式17 9.1.6 列出预热带烧成带热平衡表17 9.2 冷却带热平衡18 9.2.1 热收入项目18 9.2.2 热平衡框图18 9.2.3 热支出项目19 9.2.4 列热平衡方程式19 9.2.5 列出预冷却带热平衡表2

3、09 烧嘴的选用21 10.1 每个烧嘴所需的燃烧能力21 10.2 每个烧嘴所需的油（气）压21 10.3 烧嘴的选用2111 后记2912 参考文献301前言 陶瓷工业窑炉是陶瓷工业生产中最重要的工艺设备之一，对陶瓷产品的产量、质量以及成本起着关键性的作用。它把燃料的化学能转变成热能或直接把电能转变成热能，以满足制品焙烧时所需要的温度，在期间完成一系列的物理化学变化，赋予制品各种宝贵的特性。因此，在选择窑炉时，为了满足陶瓷制品的工艺要求，应充分了解窑炉类型及其优缺点，考察一些与已投入生产的陶瓷厂，然后结合本厂实际情况和必要的技术论证，方可定之。判断一个窑炉好坏的标准，通常由以下几个方面来评

4、价：1.能满足被烧成制品的热工制度要求，能够焙烧出符合质量要求的陶瓷制品。2.烧窑操作要灵活，方便，适应性强，能够满足市场多变的要求。3.经济性要高。包括热效率要高，单位产品的综合能源消耗要少，炉龄要长。4.容易实现机械化，自动化操作，劳动生产率高。5.劳动条件好，劳动强度小，环境污染小。以上几点，其中能否满足所烧制品的热工制度要求，是衡量陶瓷窑炉性能好坏的重要技术指标。实际生产中，往往是力求使制品被烧使窑内温差尽量减少，它是提高产品合格率的关键所在。隧道窑是耐火材料、陶瓷和建筑材料工业中最常见的连续式烧成设备。其主体为一条类似铁路隧道的长通道。通道两侧用耐火材料和保温材料砌成窑墙，上面为由耐

5、火材料和保温材料砌筑的窑顶，下部为由沿窑内轨道移动的窑车构成的窑底。隧道窑的最大特点是产量高,正常运转时烧成条件稳定,并且在窑外装车,劳动条件好,操作易于实现自动化,机械化.隧道要的另一特点是它逆流传热,能利用烟气来预热坯体,使废气排出的温度只在200C左右,又能利用产品冷却放热来加热空气使出炉产品的温度仅在80C左右,且为连续性窑,窑墙,窑顶温度不变,不积热,所以它的耗热很低,特别适合大批量生产陶瓷,耐火材料制品,具有广阔的应用前景.通过对上学期硅酸盐工业热工基础以及陶瓷工业窑炉的学习，本学期利用15-17周三周的时间进行窑炉课程设计。本次实践的设计任务是年产800件汤盘液化气隧道窑设计，通

6、过三周的努力设计，我也基本完成了任务。在本次设计实践过程中，我得到了指导老师的精心指导，这才使我能比较顺利的完成此次设计任务，在此我向指导老师和设计过程中帮助过我的同学表示感谢！由于本人所学知识有限，加之时间仓促，在设计过程中不可避免存在许多的错误和不足，敬请老师多多指教，恳请斧正！ 设计人：洪振鹏 2014年6月13日 无非11级窑炉课程设计任务书一、 设计任务 年产800万件汤盘天然气隧道窑设计二、 原始数据（一） 汤盘1. 汤盘坯料组成（%）SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2O+Na2OI.L69.2019.960.870.490.883.125.482. 产品规格：8寸，0.

7、35kg/块3.入窑水分：2.1%4.产品合格率：97%5.烧成制度：烧成周期：17小时，最高烧成温度：1310（温度曲线自定）6.窑具：SiC棚板、SiC支柱，尺寸自定（二） 燃料天然气CH4C2H6H2S CO2 N2其他Qnet(MJ/Nm3)86.8%0.11% 0.879%4.437% 8.1%0.343%35.9（三） 夏天最高气温：383.窑体主要尺寸的计算为减少窑内热量损失，提高热利用率，根据原始数据所给的清洁燃料液化气，直接用明焰裸烧，并结合装载制品8寸汤盘的重量大小，选定全耐火纤维不承重型结构窑车：棚板、支柱均为碳化硅材料，以降低蓄散热损失，考虑到全窑最高烧成温度为1310

8、0C，故碳化硅材料选用SiC 50%，体积密度 2.2g/cm3，导热系数计算式 5.23- 1.2810-3t）。棚板规格：长宽高: 36036010(mm)棚板质量=3103101010-62.2=2.11 Kg 支柱规格：长宽高: 5050100(mm)支柱质量=505010010-62.2=0.55Kg3.1 窑内宽的确定3.1.1汤盘规格8寸，8寸=20.32cm=203.2mm，350g/每块，胚体高度定为40mm。考虑烧成收缩为10%，则: 坯体直径尺寸=产品尺寸（1-烧成收缩）=206（1-10%)=228.88（mm），坯体高度尺寸=产品尺寸（1-10%）=44.44（mm）

9、3.1.2汤盘码放方法 采用窑车上设置棚板并7层码放，每块棚板放置一个汤盘坯体。棚板设置规格为：56（其中5表示行数，6表示列数），相邻棚板间距为10mm，最底层四周棚板与垫板相距为15mm，每块棚板采用三个支柱，连线成等腰三角形。上下层棚板间距由支柱高度决定，为100mm。3.1.3 窑车尺寸确定车长=3106+105+152=1940mm车宽=3105+104+152=1620mm窑车架高223mm，窑车衬面边缘用四层的轻质砖共465+42=268mm，在窑车的中部填充硅酸铝纤维折叠棉块上铺1层含锆纤维毡。窑车总高为：223+268=491mm3.1.4 窑内宽的确定 隧道窑内宽是指窑内两

10、侧墙间的距离，包括制品有效装载宽度与制品和两边窑墙的间距。窑车与窑墙的间隙尺寸一般为2530mm，本设计中取用30mm，则热窑内宽:B=1620+302=1680mm全窑宽（两侧外墙之间的距离，没有包括钢架）：根据窑墙所选的材料材在预热带、冷却带单侧窑墙厚度为405mm，烧成带单侧窑墙厚度为455mm，故，预热带、冷却带全窑宽=4052+1680=2490mm，烧成带全窑宽=4552+1680=2590mm。3.2窑长的尺寸确定窑车每层装载制品数为56=30件，共7层,故每车装载制品数为307=210件，干制品质量350g，则每车装制品质量为350g210=73.5kg ,装窑密度g=每车装载

11、件数/车长=210/1.94m=108.24件/mG生产任务，件/年； L窑长，m；烧成时间，h ； K成品率，%； D年工作日，日/年； g装窑密度，件/每米车长。窑内容车数：n=162/1.94=84.02辆，取整数84辆，此时窑长=84 1.94m=162.96m。该窑采用钢架结构，故全窑有效长取162.96m，分为81个标准节，每节长2000mm。 根据烧成曲线，各带烧成时间与烧成周期的比值，预热带取27节，烧成带取25节，冷却带取29节，则各带长及所占比例为： 预热带长=227=54m 烧成带长= 225=50m 冷却带长=229=58m 3.3窑内高的确定为避免烧嘴喷出的高速火焰直

12、接冲刷到局部制品上，影响火焰流动，造成较大温差，窑车台面与垫板间、上部制品与窑顶内表面之间都设有火焰通道，其高度（大于或等于烧嘴砖尺寸）：棚板下部通道取230mm，上部火焰通道取239mm。因此，窑内高初定为：230+710+6100+239=1139mm由于具体的高度确定还跟选择的耐火砖尺寸厚度的整数倍有关，通常耐火砖厚度取65mm，所以高度方向上耐火砖块数=1139/65=17.52，取18块，则高度为： 1865=1170mm，灰缝：182=36mm，则预热带、冷却带窑内高：1170+36=1206mm，对于烧成带，内高增大一块标准砖的宽度134mm，所以内高=1206+134=1340

13、mm 全窑高(轨面至窑顶外表面）：在内高的基础上加上窑车高，预热带、烧成带为1206+491+350=2047，烧成带为1340+491+450=2281mm。4烧成制度的确定 4.1 温度制度的确定表4-1 温度制度 温度（0C）时间（h）烧成阶段升（降）温速率（0C/h）20-3002.0预热带140300-6002.0预热带150600-9002.0预热带175900-13203.0烧成带1401320-13201.0烧成带（高火保温)01320-8002.0冷却带(急冷带）260800-4002.0冷却带(缓冷带）200400-802.0冷却带(快冷带）1604.2 烧成温度曲线 图4

14、-1烧成温度曲线5工作系统的确定5.1预热带工作系统的确定预热带共27节，其中第18节为排烟段，第1节两侧墙设置一道气幕，喷入由冷却带抽来的热风，并在窑头上部设1对排烟口，后半节下部各设1对排烟口第2节上部也加设1对排烟口，目的是使窑头气流压力自平衡，以减少窑外冷风和向内侵入，其余每节在下部（棚板通道处）各设2对排烟口。为方便调节预热带温度，在第816节上部设置喷风管，每节设3根，一侧2根另一侧则设置一根，反复交替，两侧墙的喷风管成交错布置，这样有利于调节该段温度制度，也能有效搅拌预热带断面气流，达到减小预热带上下温差的目的。为提高预热带后段下部制品温度，进一步缩小预热带后段的上下温差，在16

15、-27节下部设置高速调温烧嘴，每节设3只，高度就设在窑车棚板的下部通道上，两侧墙则交错布置，两侧墙交替设置与喷风管设置相似。5.2 烧成带工作系统布置 第2852节烧成带，第28、29节与预热带一样，仅在下部设置3只烧嘴，而从第30节开始，每节上下均布有高速烧嘴，上部设置2只，下部设置3只，上下两侧墙均呈交错布置，这样有利于烧成带温度制度的调节。5.3 冷却带工作系统布置冷却带按照烧成工艺分成三段：第5361节为急冷段。该段采用喷入急冷风直接冷却方式，除急冷首节（第53节）只在后半节设冷风喷管（尺寸67）（上设3对，下设2对）外，其余每节上部设5对冷风喷管，下部设4对冷风喷管，上下喷管交错设置

16、。第6272节为缓冷段。第62节到64节的侧墙设置二段段间冷壁，每两节作一段，顶部设有不锈钢间冷风箱，间冷壁及间冷箱均设有调节闸板，可根据需要调节抽热风量。第7181为快冷段。为加强出窑前的快速冷却，在该段7173节布置冷风喷管，直接鼓人冷风，每节6对上部3对，下部3对。5.4 传动系统由窑车连续性传动，原理：由于螺旋杆上的活塞在油压的作用下连续不断的向前前进，推动窑车在窑内运动。5.5 窑体附属结构5.5.1 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。5.3.2 测压孔 压力制度中零压面

17、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。 5.3.3 膨胀缝窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，因此在窑墙、窑顶及窑底砌体间要留设膨胀缝以避免砌体的开裂或挤坏。本设计窑体采用装配式，每隔几米留宽度为50mm的膨胀缝，内填矿渣棉。各层砖的膨胀缝要错缝留设。6 燃料燃烧计算6.1 空气量 所用燃料为天然气，其组分如下表所示：天然气CH4C2H6H2S CO2

18、 N2其他Qnet(MJ/Nm3)86.8%0.11% 0.879%4.437% 8.1%0.343%35.9在已知燃料组成的情况下，可根据硅酸盐热工基础中相关的燃烧反应式列表计算的方法，较为精确地求出燃料燃烧所需的空气量、生产烟气量及烟气组成。1m3 天然气燃烧的理论空气需要量L0为： V=(0.5*0.3+0.5*0.3+6*96.6+5*1.8+1.5*1.2)/21=28.26 将数值代入公式得Lo=28.26（）取空气过剩系数为=1.2，则实际需要空气量为：=1.228.26=33.908()6.2烟气量 烟气量根据硅酸盐热工基础知识用公式计算得，理论燃烧产物生产量V0为：V0=(C

19、O2+CO+ N2+3CH4+3C2H4+2H2S )/100+79/21=10.458 实际燃烧产物生产量Vn为：=0.79(1.2-1)*Va+Vo 将数值代入公式得Vg=14.923（）6.3 燃烧温度 理论燃烧温度计算公式：式中cr、ca、cg燃料、空气及烟气的比热容，；L一定空气消耗系数()下的单位燃料空气消耗量，=L；V一定空气消耗系数下单位燃料燃烧生成的烟气量，；t、t燃料及空气的预热温度，。取室温20，此时空气比热为1.30 天然气比热为3.91；查表（燃料及燃烧表5-2）并初设烟气温度为1800，此时烟气比热为： cg=1.67。 代入上述公式得到：2184.56（2184.

20、56-2100）/2100=4.03%5%,所设温度合适。取高温系数为0.8，则实际温度为：t=0.82100=1680，比最高温度1310高出370， 符合烧成需求，认为合理。7窑体材料及厚度的选择窑体材料及厚度的确定原则：一是要考虑该处窑内温度对窑体的要求，即所选用的材料长期使用温度必须大于其所处位置的最高温度；二是尽可能使窑体散热损失要小；三是要考虑到砖型及外形整齐。根据上述原则，确定窑体的材料及厚度如下：节位置（温度段）窑墙窑顶材质厚度（mm）该段厚度（mm）材质厚度（mm）该段厚度（mm）排烟段（1-5）（20-300）轻质粘土砖4230 405轻质粘土吊顶砖250 350硅藻土砖1

21、115矿渣棉50普通硅酸耐火纤维板100陶瓷棉10预热升温段（6-11）（300-950）轻质粘土砖230 405轻质粘土吊顶砖250 350硅藻土砖115矿渣棉50普通硅酸耐火纤维板100陶瓷棉10烧成段（12-21）（950-1310）轻质高铝砖230 455轻质高铝吊顶砖250 450轻质粘土砖115含铬耐火纤维毡100含铬耐火纤维毡100普通硅酸耐火纤维板100陶瓷棉10急冷段（22-25）（1310-800）轻质粘土砖230405轻质粘土吊顶砖250350硅藻土砖115矿渣棉50普通硅酸耐火纤维板100陶瓷棉10缓冷段（26-31）（800-400）轻质粘土砖230405轻质粘土吊顶

22、砖250350硅藻土砖115矿渣棉50普通硅酸耐火纤维板100陶瓷棉10快冷段（32-38）（400-80）轻质粘土砖230405轻质粘土吊顶砖250350硅藻土砖115矿渣棉50普通硅酸耐火纤维板100陶瓷棉108物料平衡计算 9英寸平盘的坯体成分组成如下表：SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2O+Na2OI.L69.2019.960.870.490.883.125.48(1) 每小时烧成制品的质量Gm成品每件质量350g，则每车制品质量为350g210=73.5kg ，推车速度=83车/17时=4.88车/时。 =推车速度每车载重=4.8873.5=358.68（ kg/h）。(2

23、) 每小时入窑干坯的质量Gg Gg= Gm=358.68=379.48kg/h(3) 每小时入窑湿坯的质量GsGs= Gg=379.48=388.02kg/h （含水量为2.2%）(4) 每小时蒸发的自由水量GzGz= Gs-Gg =388.02379.48.=8.54kg/h(5) 每小时从精坯中产生的CO2质量G CaO = Gg CaO%=379.480.87%=3.30kg/hG= Gg MgO%=388.020.49%=1.91kg/hGco= Gco G =2.55+1.14=3.69kg/h(6) 每小时从精坯中排除结构水的质量Gi Gi= GgIL%- Gco=379.485.

24、48%-3.56=17.23kg/h(7) 每小时入窑窑具的质量Gb 窑具主要是支柱和棚板。 单个棚板质量=3103101010-62.2=2.11 Kg 单个支柱质量=505010010-62.2=0.55 Kg 棚板总重量=7302.11=443.1 Kg 支柱总重量=6390.55=128.70 Kg 窑具的质量Gb=(443.1+128.70)4.125=2358.68 kg/h9、热平衡计算9.1预热带及烧成带热平衡计算9.1.1热平衡计算基准及范围热平衡计算以1h作为时间基准，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。 9.1.2 热平衡

25、框图图9-1-1 预热带和烧成带的热平衡示意图 其中 ：Q1制品带入的显热； Q2硼板、支柱等窑具带入显热； Q3产品带出显热； Q4硼板、支柱等窑具带出显热； Q5窑墙、窑顶散失之热； Q6窑车蓄热和散失热量； Q7物化反应耗热； Q8其他热损失； 燃料带入化学热及显热； Qg烟气带走显热； 助燃空气带入显热； 预热带漏入空气带入显热； 气幕、搅拌风带入显热；9.1.3热收入项目 坯体带入显热Q1 由上面物料平衡计算可知入窑湿基制品质量Gs=388.02kg/h ，Q1= （kJ/h） 其中：Gs入窑湿基制品质量（Kg/h） 入窑制品的温度（）；=20 入窑制品的平均比热（KJ/（Kg）；=

26、0.86KJ/（Kg）； Q1=388.020.8620=6673.94（kJ/h） 棚板及支柱带入的显热Q2 其中：入窑硼板、支柱等窑具质量（Kg/h）；Gb=2358.68 kg/h； 入窑硼板、支柱等窑具的温度（）；T2=20 入窑硼板、支柱等窑具的平均比热（KJ/（Kg）； 50%碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算 =0.963+0.146t=0.963+0.00014620=0.966KJ/（Kg） Q2=2358.680.96620=45569.70（kJ/h） 燃料带入化学热及显热 =（+）x （kJ/h） 其中：燃料为天然气，低位发热量为：=359000KJ/m3； 入窑燃

27、料温度（）；入窑液化气温度为=20； 入窑燃料的平均比热，； =20时液化石油气比热为=3.91； x每小时液化石油气的消耗量为；Nm3/h； =（+）x=（35900+203.91)=35978.2 kJ/h 助燃空气带入显热 全部助燃空气作为一次空气，燃料燃烧所需空气量 =1.228.26=33.908 = 、助燃空气的比热与温度； 取助燃空气温度为20，此时空气的比热为： =1.30 ； =33.9081.3020=881.608 （kJ/h） 从预热带不严密处漏入空气带入显热= () 其中：离窑烟气中的空气过剩系数取2.5、漏入空气与喷入风的比热与温度，分别取20，1.30 =（2.5

28、-1.2）28.261.3020=955.188 （kJ/h） 气幕、搅拌风带入显热气幕包括封闭气幕和搅拌气幕，封闭气幕只设在窑头，不计其带入显热。取 搅拌气幕风源为空气，其风量一般为理论助燃空气量的0.5-1.0倍，取为0.75倍。 =0.7528.261.3020=551.2（kJ/h）9.1.4 热支出项目 产品带出显热 （kJ/h） 其中：出烧成带产品质量，在物料平衡计算中已得=358.68kg/h； 出烧成带产品温度，为1320 ；此时产品平均比热 =1.20 kJ/(kg ) 则：=358.6813101.20=479268.216（kJ/h） 硼板、支柱等窑具带出显热Q4 =（k

29、J/h）其中：棚板、立柱等质量：Gb= 2358.68kg/h 出烧成带棚板、立柱温度：t4=1310 此时棚板、立柱的平均比热： =0.84+0.000264t=0.84+0.0002641310=1.186 kJ/(kg ) = 2358.681.1861310=3664586.77（kJ/h） 离窑废气带走显热 一般通过取离窑烟气中空气过剩系数=2.5，则其体积流量为： = 14.923+(2.5-1.2) 28.26=51.661 为保证排烟机的安全使用，离窑烟气温度不应该超过300，则取离窑烟气温度为200，此时烟气比热=1.440 kJ/( Nm3), QgVgcgtg51.661

30、1.440200=14878.368（kJ/h） 窑体散热量Q5 根据窑体砌筑材料的不同，将预热带和烧成带按不同材料与温度段将它们分成五段。因此，预热带、烧成带窑体总散热为各段散热量之和，即Q5=6789.52+5011.24+34383.80+27750.41+15559.40+13446.40 +43103.56+25874.93+106057.36+66015.33=338539（KJ/h） 窑车蓄热和散失热量Q6取经验数据，占热收入的10%。 物化反应耗热Q71）自由水蒸发吸热Qw Qw= Gw（2490+1.93tg） 其中：入窑制品中自由水的质量 Gw= 388.02379.48=

31、8.54kg/h 1.93烟气离窑时温度下的水蒸气平均比热，kJ/kg 烟气离窑的温度tg=200。则可得： Qw= 8.54（2490+1.93200）=24561.4kJ/h2）结构水脱水吸热=6700（kJ/h） 其中： 入窑制品所含结构水的质量，kg/h 67001Kg结构水脱水所需热量，KJ/Kg 物料平衡中已算出=17.23kg/h =6700=17.236700=115411kJ/h） 3）其余物化反应吸热 用Al2O3反应热近似代替 =Gr2100Al2O3 %（KJ/h） 其中：Gr 入窑干制品质量,kg/h；Gr=379.48kg/h； 2100 1kg Al2O3的反应热

32、，kJ/Kg； =Gr2100Al2O3%= 379,48210019.65%=1439949.2（kJ/h）则物化反应总耗热为： Q7= 24561.4+115411+1439949.2=1579921.6（kJ/h） 其他热损失Q8根据具体情况，可对比现有同类型的窑加以确定，一般占总热收入的5%10%，本设计中取6%。9.1.5 列出热平衡方程式由热平衡方程热收入=热支出，得出： Q1+Q2+Qf+Qa+=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q8即： 6673.944+45569.70+35978.2 +955.188+881.608 +551.2x= 479268.216+3664586.77+14878.368+338539+0.1Q收15799214.240.06Q收解得x=180m3/h，即单位时间液化气消耗量为：B=180m3/h。回带入上式最终得热收入=热支出=6462000kJ/h由于单位时间产量为=358.68 kg/h，天然气热值Qd=35900kJ/ m3,则单位时间内产品热耗为：B =18016.06（kJ/ kg）9.1.6 列出预热带和