景德镇陶瓷大学 《窑炉课程设计》说明书 题目： 年产245万平米玻化砖液化气辊道窑设计 学 号： 0 姓 名： 黄 慧 莹 院 （系）： 材料科学与工程学院 专 业： 粉体材料科学与工程 二○一六 年 六 月 六 日 目录 1 前言............................................................................1 2 设计任务书......................................................................2 3 窑体主要尺寸的确定..............................................................3 4 烧成制度的确定..................................................................5 5 工作系统的确定..................................................................6 5.1 排烟系统....................................................................6 5.2 燃烧系统....................................................................6 5.3 冷却系统....................................................................6 5.4传动系统.....................................................................7 5.5 窑体附属结构................................................................8 5.6 窑体加固钢架结构及形式........................................................9 6 燃料燃烧计算...................................................................10 6.1 空气量.....................................................................10 6.2 烟气量.....................................................................10 6.3 燃烧温度...................................................................11 7 窑体材料及厚度的确定...........................................................11 8 热平衡计算.....................................................................13 8.1 预热带及烧成带热平衡计算...................................................11 8.2 冷却带热平衡...............................................................19 9 烧嘴的选用.....................................................................26 参考文献.........................................................................29  1.前言 《热工过程及设备》作为一门热工以及材料专业的专业课程，目的是对学生学习《热工过程及设备》课程后，引导学生总结﹑归纳理论知识，在此基础上推陈出新，根据当前的社会和科学环境，不停地改进革新，最大可能的从环境保护和能源节约方面考虑，设计出符合社会需要的新时代窑炉，为创建社会主义和谐社会贡献自己的智力支持。通过课程设计辊道窑，综合运用和巩固所学知识，学会将理论知识与生产实践相结合，去研究解决实际中的工程技术问题，本设计的任务主要是培育学生设计与绘图的基本技能，初步掌握窑炉设计的程序﹑过程和内容；进一步了解窑炉设备的基本结构；掌握窑炉设备的工作原理，工程制图方法和编制设计说明书的方法。 辊道窑属于连续性窑炉，传动方式有斜齿轮传动及链条传动两种形式，一般以刚玉瓷辊作为传动辊子运载产品。按加热方式可分为火焰加热辊道窑炉和电加热辊道窑炉两类。可根据要求通气氛。辊道窑是当代陶瓷工业的先进窑炉，是近几十年来发展起来的新型快烧连续式工业窑炉，目前已大范围的使用在釉面砖﹑墙地砖﹑抛光砖﹑彩釉砖等建筑陶瓷工业生产中。而辊道窑在短短的几十年中发展如此迅速，说明它具有旺盛的生命力，它代表了陶瓷工业窑炉的发展趋势，是因为辊道窑具备其他陶瓷工业窑炉不能够比拟的优点。 本设计书在写作过程中得到老师和同学的指导，在此表示深深地谢意。 编写时，本人想设计一个实用、廉价的建陶工业辊道窑，内容上尽量达到符合工程上的需要，但由于本人水平所限，设计书中一定有不少缺点和不足之处，诚挚地希望老师批评指正。 设计任务书 设计任务：年产245万平米玻化砖辊道窑设计 设计任务：年产245万平米玻化砖液化气辊道窑炉设计 （一）瓷砖 1．坯料组成（%）： SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O I.L 68.35 16.27 2.30 2.65 0.85 2.20 2.15 4.85 2．产品规格：500×500×8.8mm，单重4.7公斤/片； 3．入窑水分：＜1% 4．产品合格率：98% 5．烧成周期：58分钟（全氧化气氛） 6．最高烧成温度：1180℃（温度曲线自定） 燃料：液化气 H2 CH4 C2H6 C2H4 C3H8 C3H6 C4H10 C4H8 C5H12 C5H10 10 6 5 16 15 15 2 8 10 13 夏天最高气温：40℃ 3窑体主要尺寸的确定 3.1窑内宽的确定 产品规格：400×400×8mm，可知砖的宽度为400 mm，考虑到烧成收缩率为10％，则： mm 坯体离窑墙内壁一般应有100～200 mm间隙，取150mm。暂定窑内宽B＝3000 mm，则可排砖数为： 确定并排6片砖，则窑内宽B为； B=444.4*6+300=2966.4(mm) 最后定窑内宽B＝3m。 3.2 窑内长的确定 年产量245万m2，烧成周期为60分钟，年工作日为350天，产品合格率为95％，则： 故窑体长L为： 取窑长L＝143m。利用装配式，由若干节联接而成，设计每节长度为2200㎜，节间联接长度8㎜，每节总长度为2208㎜，则有节数=143000/2208=64.764节，取节数为65节，因而全窑总长L为: L=2208*65=143520(mm) 。 3.3 窑体各带长度的确定 预热带： 65节×33％＝21.45节，取22节，此段总长＝22×2208＝48576(mm)； 烧成带： 65节×30％＝19.5节，取20节，此段总长＝20×2208＝44160 (mm)； 冷却带： 65节×37％＝24.05节，取剩下的23节，此段总长＝23×2208＝50784(mm)。 3.4 窑体内高的确定 内高为窑道内整体空间的高度，等于辊上高（辊道中心线至窑顶的距离）与辊下高（辊道中心线至窑底或隔烟板的距离）之和。 辊上高应大于制品高度，考虑到玻化砖的高度小，又是单层焙烧，只要保证气流顺畅即可。 从理论上来说对焙烧建筑瓷砖的辊道窑辊下高最好应大于砖对角线长度，但由于该制品较大，若按此计算会造成内高太大，既增大了窑墙散热，又不利于窑内传热。由于制品从辊上掉下，一般都发生了破损，尺寸都比整砖小了，故据各地辊道窑真实的情况来看取辊下高510mm。 表1-1 窑内高度表 窑高 窑高分部/节 辊上高/mm 辊下高 辊内总高 1～16 330 510 840 17～47 450 510 960 48～68 330 510 840 烧成制度的确定 4.1各段的温度划分与升（降）温速率 位置 单元节 温度（0C） 升（降）温速率 时间（min） 备注 预热带 1-----8 20------250 35.0 6.57 排烟段 9-----16 250-----600 53.3 6.57 17----22 600-----850 50.7 4.935 下设烧嘴段 烧成带 23-----38 850-----1000 30.4 3.935 24-----43 1000----1180 14.6 12.33 冷却带 44-----48 1180-----850 80.8 4.095 急冷段 49-----60 850------550 21.5 13.98 缓冷段 61-----68 550------80 71.4 6.585 快冷段 4.2 烧成温度曲线. 工作系统的确定 辊道窑的工作系统确定包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统等。 排烟系统 1—8节为排烟段，在第1、3、5、7、8节设置4处排烟口，每处在窑底和辊上窑侧墙同时设置。窑底排烟口一般设在该节的后半部，一排五个，用1.5mm的耐热钢板制作而成直径200mm的排烟支管直接从窑底插入窑辊道下部，为防止落渣，开口向着烟气来流方向。辊上排烟口设在该节前半部，用1.5mm的耐热钢板制作而成400*230（mm）的排烟支管直接从窑顶下部插入量侧墙。上下排掩口均由直径400mm的垂直烟支管圆管引出，汇总到窑顶的直径900mm排烟总管中，最后连接到排烟机排除。 5.2燃烧系统 根据所选用的燃料为液化气，采用全部喷入窑道燃烧的方式，并在辊上一层烧嘴，为均匀窑内温度，强化窑内对流换热，选用小流高速烧嘴。辊道上下方及对侧均交错布置烧嘴，这样便于窑温度制度的调节，还有利于窑内热气流的强烈扰动与循环，改善了窑内端面温度均匀性。故在第17～22节辊下每节布置2对烧嘴。自第23～43节每节辊上下各布置2对烧嘴。烧嘴的对侧是观察孔，以便更好的观察火焰的燃烧情况，便于操作控制。 5.3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，达到节能的目的。本设计中冷却系统分急冷、缓冷段和快冷段。 5.3.1急冷段 从烧成最高温度至800℃以前，制品中由于液相的存在而且具有塑性，此时能够直接进行急冷，而不会使产品破裂。最好的办法是直接吹风冷却。辊道窑急冷段应用最广的是直接风冷是在辊上下设置横窑断面的冷风喷管。每根喷管上均匀地开有圆形出风口，对着制品上下均匀地喷冷风，达到急冷的效果。由于急冷段温度高，横穿入窑的冷风管须用耐热钢制成，管径为80～120mm。本设计也采用此种结构，在44—48节进行急冷，每节辊上6根，辊下3根，管内径φ80mm。 5.3.2 缓冷段 制品冷却到700～500℃范围时，是产生冷裂的危险区，应严控该段冷却降温速率。为达到缓冷目的，采用间冷风管。在49--60节每节放置6根间冷风管以达到缓冷的目的，管内径φ60mm。. 5.3.3 窑尾快冷段 制品冷却至500℃以后，能够直接进行快速冷却。辊上下布置32对冷风喷管，前16对间距为759mm，窑尾18对间距为300mm。每根喷风管上有30个直径φ30mm小孔对着制品吹冷风。此外该窑在快冷段窑顶和窑底还设有3处热抽风口。 5.3.4 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。 5.4 传动系统 辊道窑对辊子材料要求十分严格，它要求制辊子材料热胀系数小而均匀，高温抗氧化性能好，荷重软化温度高，蠕变性小，耐热性和高温耐久性好，硬度大，抗污能力强。 5.4.1辊子的选择 常用辊子有金属辊和陶瓷辊两种。为节约费用，不同的温度区段一般都会采用不一样的材质的辊子。本设计在选用如下： 中温段（40℃～400℃和400℃～80℃） 耐热不锈钢管φ40*3000（mm） 高温段（400～1180℃和1180～400℃） 碳化硅辊棒φ40*3000（mm） 5.4.2辊子直径与长度的确定 辊距即相邻两根辊子的中心距，确定辊距主要是根据是制品长度、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l＝400㎜，故可得H的范围在：80～133㎜，考虑到每节长2120㎜，辊距定为100㎜。 5.4.3 传动方案 考虑到产品的质量上的问题，辊道窑的传动系统由电机、链传动和齿轮传动结构所组成。为避免停电对正常运行的辊道窑造成的危害，辊道窑一般都设在滞后装置，通常是设一台以电瓶为动力的直流电机。停电时，立即驱动直流电机，使辊子停电后仍能正常运行一段时间，避免被压弯或压断，以便在最近一段时间内，启动备用电源。 传动机构采用齿轮传动，并采用分段传动，分别带动的方式，全窑分为22段，每段由一台电动机驱动，采用变频调速。 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——辊棒传动轴——辊子。 依据以上原则，联接方式主要是采用弹簧夹紧式，从动采用拖轮摩擦式。 5.5 窑体附属结构 5.5.1 事故处理孔 事故处理孔一般设在辊下,且事故处理孔底面与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的砖坯碎片，事故处理孔大小尺寸通常宽240～450㎜，取300㎜，高65～135㎜，取120㎜。两侧墙事故处理孔一般均采取交错布置的形式。 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与对侧内壁交点连线。 图：事故处理孔的布置 两事故处理孔中心间距L应小于或等于其中ｂ为其宽，B为窑内宽，δ为窑墙厚。 本设计中，b=0.3 m，B=3 m，δ=0.46 m，则有： 又因每节长2.11 m，故每节设置一个事故处理孔，相邻两节的事故处理孔对侧交错设置。 对于事故处理孔在不处理事故时，要用塞孔砖进行密封，孔砖与窑墙间隙用耐火纤维堵塞。密封时为避免热气体外溢，冷风漏入等对烧成制度产生一定的影响。 5.5.2测温孔及观察孔 5.5.2.1 测温孔 为严密监视及控制窑内温度制度，及时作出调整烧嘴开度，一般在窑道顶及火道侧墙留设若干处测温孔以安装热电偶。测温孔间距一般为3~5米，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、晶体转化点、釉始溶点、成瓷段、急冷结束等都应设测温孔。 压力制度中零压面的位置控制很重要，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。 5.5.2.2观察孔 在每个烧嘴的对侧窑墙设置Φ80mm的观察孔，以便烧嘴的燃烧状况。未用时，用与观察孔配套的孔塞塞住，以免热风逸处或冷风漏入。 5.5.3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，在每节窑体中部留设1处宽度为10mm的膨胀缝，内填矿渣棉，各层砖的膨胀缝要错缝留设。 5.5.4 窑道档板和挡火墙 由于辊道窑属中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，难以调解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，辊下砌筑挡墙，辊上插入挡板，缩小该处工作通道面积，以增加气流阻力，便于压力与温度制度的调节。挡板负责对窑内上半窑道的控制,采用耐硬质高温陶瓷纤维板制成,能够最终靠在窑顶外部调整位置的高低。挡火墙负责对窑内下半窑道的控制,采用耐火砖砌筑,高低位置相对固定。窑道挡板和挡火墙设置在同一横截面上。通常为防止预热带、冷却带冷气流进入高温区，在烧成带工作通道两端必须设有挡墙结构。烧成带与冷却带交界处的上下挡墙起分隔两带的作用。所以在8、17、21、23、43节处各设置一挡板、挡墙。 5.6 窑体加固钢架结构及形式 辊道窑钢架起着加固窑体的作用，而钢架本身又是传动系统的本身。由于方形钢管造型美观，抗弯强度较大等优点，现代辊道窑的钢架外框慢慢的变多的采用冷拔无缝方形钢管做外框。本设计采用金属框架装配式钢架结构，立柱用2.5t×75×50mm 方钢、上横梁用2.3t×50×50mm 方钢、下梁用2.5t×100 ×50mm方钢。在一节窑体钢架中，每侧共有立柱3根，两头每个立柱上开有攻M12螺栓节间联接的6个孔。下横梁每节共3根，焊在底侧梁上，下横梁上焊有50×50mm的等边角钢作底架，以便在其上搁置底板。上下侧板可用2～3mm钢板冲压制成，吊顶梁采用5×50×5mm的等边角钢。 燃料及燃烧计算 燃料燃烧计算包括：燃烧单位燃料所需空气量及其生成烟气量的计算，实际燃烧温度的计算。 H2 CH4 C2H6 C2H4 C3H8 C3H6 C4H10 C4H8 C5H12 C5H10 10 6 5 16 15 15 2 8 10 13 转换成湿液化气，设含水量为4%计算： H2 CH4 C2H6 C2H4 C3H8 C3H6 C4H10 C4H8 C5H12 C5H10 H2O 9.6 5.76 4.8 15.36 14.4 14.4 1.92 7.68 9.6 12.48 4.0 6.1空气量计算： 计算理论空气量： 计算实际空气量： ，取a=1.3.使得辊道窑内成氧化气氛。 =*1.3=27.545 6.2 烟气量计算 理论烟气量计算： 实际烟气量计算： =+（a-1）*=12.4822 6.3燃烧温度计算 取室温为20度，此时空气比热为1.30（KJ/（Nm3*度））,的比热为（KJ/（Nm3*度））；并设烟气温度为1度，此时烟气的比热为（KJ/（Nm3*度）），按理论燃耗内温度计算公式： =（100+3,214*20+1.3*20*27.545）/（=1668度，（1668-1600）/16005%，所以温度合理。 取高温系数为0.85，则实际温度为：t=0.85*=1417.8度，比最高烧成温度110度高出度。符合烧成要求，认为合理。 硅酸铝耐火纤维束 硅藻土砖 窑顶 230 130 窑墙 230 130 窑底 230 90 7.2.2高温段17-60 材料 厚度/㎜ 部位 轻质高铝砖 硅酸铝耐火纤维束 硅藻土砖 窑顶 230 130 窑墙 230 130 窑底 230 130 65 7.3 膨胀缝的材料 部位 材料 区域 窑顶 窑墙 窑底 窑前段 矿渣棉 矿渣棉 预热段 硅酸铝耐火纤维束 硅酸铝耐火纤维束 烧成段 硅酸铝耐火纤维束 急冷带及过渡区 硅酸铝耐火纤维束 硅酸铝耐火纤维束 热平衡计算 热平衡计算包括预热带、烧成带热平衡计算和冷却带热平衡计算。预热带和烧成带的热平衡计算目的是求出每小时的燃料消耗量；冷却带的热平衡计算的目的是计算冷空气鼓入量和热风抽出量。 8.1 预热带及烧成带热平衡计算 8.1.1 热平衡计算基准及范围 热平衡计算必须选定计算基准，这里时间以1h为计算基准，0℃作为基准温度。 8.1.2 热平衡框图 图：预热带和烧成带热平衡示意图 Q1——坯体带入显热： Qa——助燃空气带入显热 Qa——漏入空气带入显热： Qf——燃料带入化学热及显热 Q2——产品带出显热

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