窑炉课程设计

景德镇陶瓷学院《窑炉课程设计》说明书题目：年产650万件汤盘液化气隧道窑设计学号：2姓名：院（系）：材料科学与工程学院专业：指导教师：二○一二年十月十四日1．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200°C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80°C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.2．设计任务书一、设计任务年产650万件汤盘液化气隧道窑设计二、原始数据（一）汤盘1.汤盘坯料组成（%）2.产品规格：9英寸，0.4kg/块3.入窑水分：〈3%4.产品合格率：95%5.烧成制度：烧成周期：16小时，最高烧成温度：1320℃（温度曲线自定）6.窑具：SiC棚板、SiC支柱，尺寸自定（二）燃料液化气H2CH4C2H6C2H4C3H8C3H6C4H10C4H8C5H12C5H10Qnet(MJ/Nm3)1065161515281013110（三）夏天最高气温：38℃SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2O+Na2OI.L69.2019.960.870.490.883.125.483.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9英寸汤盘的重量大小，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13200C，故碳化硅材料选用SiC50%，体积密度2.2g/cm3，最高使用温度14000C，导热系数计算式5.23-1.28×10-3t）。棚板规格：长×宽×高:360×360×10(mm)棚板质量=310×310×10×10-6×2.2==2.11Kg支柱规格：长×宽×高:50×50×100(mm)支柱质量=50×50×100×10-6×2.2=0.55Kg3.1窑内宽的确定3.1.1汤盘规格9英寸，9英寸=22.86cm=228.6mm，400g/每块，胚体高度定为20mm。考虑烧成收缩为9%，则:坯体直径尺寸=产品尺寸÷（1-烧成收缩）=228.6÷（1-9%)=250（mm），坯体高度尺寸=产品尺寸÷（1-烧成收缩）=21.97（mm）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：5×6（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=310×6+10×5+15×2=1940mm车宽=310×5+10×4+15×2=1620mm窑车架高223mm，窑车衬面边缘用四层的轻质砖共4×65+4×2=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25~30mm，本设计中取用30mm，则热窑内宽:B=1620+30×2=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=405×2+1680=2490mm，烧成带全窑宽=455×2+1680=2590mm。3.2窑长的尺寸确定窑车每层装载制品数为5×6=30件，共7层,故每车装载制品数为30×7=210件，干制品质量400g，则每车装制品质量为400g×210=84kg,装窑密度g=每车装载件数/车长=210/1.94m=108.24件/m94.121095.0163302410650244gKDyGL127.69mG—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=127.69/1.94=65.82辆，取整数66辆，此时窑长=66×1.94m=128.04m。该窑采用钢架结构，设进车和出车室各2m，故全窑长取132.04m，分为64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20节，烧成带取19节，冷却带取25节，则各带长及所占比例为：预热带长=2×20=40m占总长的31.3%烧成带长=2×19=38m占总长的29.7%冷却带长=2×25=50m占总长的39.0%3.3窑内高的确定为避免烧嘴喷出的高速火焰直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+7×10+6×100+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：18×65=1170mm，灰缝：18×2=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=1340mm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4-1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20节，其中第1~7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7~13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13-20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21~39节烧成带，第21、22节与预热带一样，仅在下部设置3只烧嘴，而从第23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40~45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40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。第46~53节为缓冷段。第48节到50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54~64节为快冷段。为加强出窑前的快速冷却，在该段55~61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空气量所用燃料为液化气，其组分如下表所示：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液化气燃烧的理论空气需要量L0为：2330222113L=4.76C()10(/)2242nmmOHnCHHSOmm将数值代入公式得Lo=22.06（33/NmNm）取空气过剩系数为α=1.2，则实际需要空气量为：V=α×0L=1.2×22.06=26.472(33/NmNm)H2CH4C2H6C2H4C3H8C3H6C4H10C4H8C5H12C5H10Qnet(MJ/Nm3)10651615152810131106.2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：02m2222201()H2+N+H0.792100nmVCOHnCHSCOHOL将数值代入公式得V0=23.767(33/NmNm),实际燃烧产物生产量Vn为：2m222220121()H2+N+H()0.001242100100nnnmVCOHnCHSCOHOnLgL将数值代入公式得Vg=28.179（33/NmNm）6.3燃烧温度理论燃烧温度计算公式：ggaaarrdthcVLtctcQt式中cr、ca、cg—燃料、空气及烟气的比热容，℃）3/(NmkJ；La—一定空气消耗系数()下的单位燃料空气消耗量