輥道窯設計計算指導書2015

1、輥道窯設計計算指導書輥道窯的設計計算包括：窯體主要尺寸計算，燃料燃燒計算、熱平衡計算、通風阻力計算等。一、原始資料收集設計前必須根據(jù)設計任務收集所需的原始資料，設計原始資料如下：1、產量：年產270000m2瓷磚。2、產品規(guī)格：1002007,2002008,2003008,3003009(mm)3、年工作日：300天4、燃料：半水煤氣，熱值5233.8kJ/m3，壓力0.10.16MPa，供氣量800m3/h。5、坯入窯含水量：26、原料組成：中粘性土，低粘性土，風化長石各占30。還有適量低溫溶劑原料。7、燒成制度（1）溫度制度燒成周期：72min各帶劃分：燒成周期比原引進WELKO公司輥道

2、窯60min增加12min，12min全部用于增加預熱及冷卻時間，而高溫燒成時間仍按原設計不變。各段溫度與時間劃分如表1。表1 各段溫度的劃分與升溫速率名稱溫度/時間/min升溫速率/min長度比例/窯前段403509.222.818預熱帶1001050252633燒成帶100012451216.2518冷卻帶12458025.845.1636合 計 72 100（2）氣氛制度：全窯氧化氣氛。（3）壓力制度，預熱帶-40-25Pa；燒成帶8Pa。二、窯型選擇選擇全窯氧化氣氛輥道窯，利用余熱干燥生坯和進窯坯，熱效率高；溫度控制準確、穩(wěn)定；傳動用傳統(tǒng)鏈條傳動，磨擦式聯(lián)接輥筒，傳動平衡，維護方便，無

3、級調速，控制靈活。三、窯體主要尺寸的計算1、窯內寬：這里以200mm200mm產品進行計算，取內寬1.5m，可并排6片磚。2、內高?。旱?3節(jié)、19-23節(jié)：582mm；第4-18節(jié)；825mm。3、窯長：按式（12）計算窯容量：窯容量= 同一列磚磚距取40mm，則：裝窯密度= （m2/每m窯長）故窯長L=50 利用裝配式，由若干節(jié)聯(lián)接而成，設計每節(jié)長度為2120mm，節(jié)間聯(lián)接長度8mm，總長度2128mm，節(jié)數(shù)=50000/2128=23.5節(jié)，取節(jié)數(shù)為24節(jié)。因而窯長度為：L=212024=51064mm各帶長度：窯前段：5106413%=6640，取3節(jié)，長度=32128=6384(mm

4、)預熱帶：5106433%=16851，取8節(jié)，長度=82128=17024(mm)燒成帶：5106417%=8681，取4節(jié)，長度=42128=8512(mm)冷卻帶：5106437%=18894，取9節(jié)，長度=92128=19152（mm）四、工作系統(tǒng)A通風系統(tǒng)在第4節(jié)窯頂及兩側下方各設置一對抽煙口（主抽煙口），設置抽煙風機A抽出煙氣（抽煙管中間設置熱交換器）；A風機抽出煙氣部分送入窯前段（在第3節(jié)窯頂、輥道下部設置進氣口），部分經煙囪排出；在第1節(jié)窯頂、輥道下部設置一抽風口，由窯前段抽風機抽出煙氣經煙囪排空。由助燃風機B供應燃燒器的燃燒空氣；由急冷風機C供應第17節(jié)急冷空氣。在第1921

5、節(jié)窯頂部、下部各設置一抽熱風口，第21節(jié)為主抽風口，由抽風機E抽出熱風部分送入窯下面干燥器（在窯下干燥器的第19節(jié)一側窯墻設置一進熱風口），其余熱風經煙囪排空。第24節(jié)窯頂部、底部各設置一排風扇，以450向窯內吹入冷空氣。熱交換風機G將冷空氣送入熱交換器，空氣被加熱后送入窯下干燥器（在窯下干燥器的第3節(jié)一側設置一進氣口），在干燥器第1節(jié)一側設置一抽風口，由干燥器抽風機F抽出廢氣經煙囪排出；在干燥器第24節(jié)一側設置吹冷風機。在第518節(jié)，節(jié)之間輥道上、下方各設置檔板，上方采用耐火纖維板吊掛，下方用高鋁磚砌筑；12節(jié)、16節(jié)在靠近窯尾處再增設一檔板。在進窯口，第3節(jié)靠近窯尾處，第3、4節(jié)，18、1

6、9節(jié)，21、22節(jié)，節(jié)之間設置閘板。B燃燒系統(tǒng)1、燒嘴設置在第516節(jié)和第18節(jié)，每節(jié)分別在輥上、下各設置兩對燒嘴，輥上下燒嘴及對側燒嘴均互相錯開排列。在輥道上方每個燃燒器對側窯墻分別設置一個火焰觀察孔。2、煤氣輸送裝置煤氣由升壓風機升壓，通過管道、閥門、總管煤氣處理系統(tǒng)，送至各節(jié)燒嘴，助燃空氣由風機通過管道、閥門送到燒嘴?？偣苊簹馓幚硐到y(tǒng)：汽水分離器過濾器過濾器調壓器。煤氣總管尺寸，參考引進窯尺寸，考慮本廠煤氣熱值較低及為了較好穩(wěn)定煤氣壓力，內徑選取偏大值，故內徑取200mm。C、檢查處理系統(tǒng)第13節(jié)，每節(jié)分別在兩側輥上、下各設一對檢查處理口，上、下對側互相錯開；第4節(jié)、17節(jié)在兩側輥下方各

7、設置一個檢查處理口，位置靠近窯尾方向；第516節(jié)和第18節(jié)，每節(jié)分別在輥下方設置一個檢查處理口，對側錯開；第1923節(jié)，每節(jié)分別在兩側下方各設置3個檢查處理口，對側相對。五、窯體材料整個窯體由金屬支架支承，窯體外殼除第48節(jié)的頂部外，都由金屬板構成，第24節(jié)全部由金屬板及支架構成。支承鋼架結構仿制引進窯，省略設計計算。窯體材料的選擇如表3所示。表3窯體材料的選擇1、窯前段（1-3節(jié)）（1）底部及下側壁材質使用溫度/密度/gcm-3導熱系統(tǒng)/W/（m）-1厚度/mm隔熱層耐火混凝土900 0.350.81(20400) 膨脹縫礦渣棉7000.0120.45(20) （2）頂部及上側壁（內壁：金屬

8、板）隔熱層礦渣棉7000.0120.45（20） （3）中間輥筒部位孔磚輕質高鋁磚(PM)-1.013001.00.66+810-5t 填充層硅酸鋁耐火纖維束11500.070.10.3 2、冷卻段（1923節(jié)）（1）底部及下側壁隔熱層耐火混凝土900 0.35-0.81（20-400） 膨脹縫礦渣棉7000.0120.45（20） （2）頂部及上側壁（內壁：金屬板）隔熱層礦渣棉7000.0120.45（20） （3）中間輥筒部位孔磚輕質高鋁磚13001.00.66+810-5t 填充層陶瓷棉12500.070.1-0.3 3、預熱段、急冷區(qū)、過渡區(qū)（4-11、17-18節(jié)）（1）底部耐火層輕

9、質高鋁磚13001.00.66+810-5t65隔熱層硅藻土磚900 161膨脹縫硅酸鋁耐火纖維束13500.070.10.310（2）頂部：使用懸掛式吊頂結構耐火層輕質高鋁磚18001.00.66+810-5t300隔熱層蛭石8000.10.0520.058 膨脹縫硅酸鋁耐火纖維束11500.070.1-0.3150（3）側部耐火層輕質高鋁磚13001.00.66+810-5t113隔熱層硅酸鋁耐火纖維束13500.30.10.2197檢查處理口輕質高鋁磚14001.20.66+810-5t 壓頂磚 （4）燒嘴周圍耐火層輕質高鋁磚14001.20.66+810-5t 隔熱層溫石棉6002.3

10、0.07 （5）中間輥筒部位耐火層（孔磚）輕質高鋁磚14001.20.66+810-5t 填充層陶瓷棉13500.070.1-0.3 （6）膨脹縫及結合處膨脹縫硅酸鋁耐火纖維束13500.070.1-0.3 節(jié)間彈性連接硅酸鋁耐火纖維板13500.30.1-0.2 4、燒成帶（12-16節(jié)）（1）底部耐火層輕質高鋁磚，（PM-1.0）14001.00.66+810-5t130隔熱層硅藻土磚900 0.35-0.81130硅酸鋁耐火纖維束13500.20.1-0.3100（2）頂部：采用懸掛式吊頂結構耐火層輕質高鋁磚14001.00.66+810-5t300隔熱層蛭石8000.10.052-0.

11、058 硅酸鋁耐火纖維束11500.070.10.3150（3）側部耐火層輕質高鋁磚（PM）-114001.00.66+810-5t113隔熱層硅酸鋁耐火纖維氈13500.30.10.2119硅酸鋁耐火纖維束13500.20.10.378檢查處理口輕質高鋁磚14001.20.66+810-5t 壓頂磚（PM）-1.2 （4）燒嘴周圍耐火層輕質高鋁磚14001.20.66+810-5t 隔熱層溫石棉6002.30.07 （5）中間輥筒部位耐火層（孔磚）輕質高鋁磚（PM）-1.214001.20.66+810-5t 填充層硅酸鋁耐火纖維束13500.070.10.3 （6）膨脹縫及結合處膨脹縫硅酸

12、鋁耐火纖維束13500.070.1-0.3 節(jié)間彈性連接硅酸鋁耐火纖維氈13500.30.1-0.2 六、燃料燃燒計算1、空氣量（標準情況下）當QDW5233.8kJ/m3時，用經驗公式：理論空氣量 取空氣過剩系數(shù) 實際空氣量： 2、煙氣量（標準情況下）當QDW5233.8kJ/m3時，用經驗公式：理論空氣量 實際煙氣量：Vg=1.91+(1.15-1.0)1.09=2.07(m3/m3煤氣)3、燃燒溫度理論燃燒溫度 已知ta=tf=20 ），cf=1.32kJ/(m3)設tth=1500，查有關表得cf=1.635(kJ/m3) ()求得溫度與假設溫度相對誤差： ，所設合理，取高溫系數(shù) =0

13、.85，實際溫度tp=0.851564=1329，比要求溫度1245高出84，基本合理。熱平衡計算熱平衡計算包括預熱帶、燒成帶熱平衡計算和冷卻帶熱平衡計算，這里僅以預熱帶、燒成帶熱平衡計算為例來說明其計算方法，冷卻帶熱平衡計算在此略去。預熱帶、燒成帶熱平衡計算的目的在于求出燃料消耗量。熱平衡計算必須選定計算基準，這里時間以1h為計算基準，0為基準溫度。A熱收入項目第1-3節(jié)熱源為煙氣余熱，即利用煙氣帶走顯熱，所以13節(jié)不列入熱平衡計算中，但是計算時，應以第3節(jié)坯體計算坯體帶入顯熱，以第4節(jié)煙氣溫度值計算煙氣帶走顯熱。1、坯體帶入顯熱Q1取燒成灼減5入窯干制品質量 入窯制品含自由水2，濕基制品質

14、量 制品入窯第4節(jié)時溫度t1=250，入窯制品比熱容 )2、燃料帶入化學熱及顯熱Qf煤氣低熱值QDW=5233.8kJ/m3入窯煤氣溫度tf=20，20時煤氣比熱溶Cf=1.32kJ/(m3)設煤氣消耗量為xm3/h 3、助燃空氣帶入顯熱Qa助燃空氣溫度ta=20，20時空氣比熱容Ca=1.30kJ/(m3)助燃空氣實際總量Va,總=Vax=1.25x(m3/h) =Va,總cata=1.25x1.320=32.5x(kJ/h)4、預熱帶漏入空氣帶入顯熱Q。取預熱帶空氣過剩系數(shù) ，漏入空氣溫度ta=20, Ca=1.3漏入空氣總量 B熱支出項目1、產品帶出顯熱Q2燒成產品質量G3=G195=7

15、83.895%=744.6(kg/h)制品出燒成帶（第16節(jié)）溫度t2=1245制品平均比熱容C2=0.84+2610-51245=1.16kJ/(kg) 2、窯體散失熱將計算窯段分為兩部分，即第411節(jié)：4001000，取平均值700；第1216節(jié)：10001245，取平均值1123。(1)第411節(jié)，窯外壁表面平均溫度40，窯內壁平均溫度700。a窯頂高鋁磚導熱系數(shù) ），厚度 耐火纖維導熱系數(shù) )，厚度 熱流 窯頂散熱面積A頂= b. 窯墻：高鋁磚平均導熱系數(shù) ），厚度 耐火纖維導熱系數(shù) ），厚度 熱流 一側窯墻散熱面積 c.窯底：在窯下面與干燥器間裝有100mm厚耐火纖維起保溫作用。高鋁

16、磚導熱系數(shù) )，厚度 硅藻磚導熱系統(tǒng) )，厚度 耐火纖維導熱系數(shù) )，厚度 熱流 窯底散熱面積 窯體總散熱量：Q3=62395+67423+48529+71816+104267+72323=426753（kJ/h）3物化反應耗熱Q4（1）自由水蒸發(fā)吸熱Qw自由水質量Gw=G2-G3=799.8-783.8=16.0(kg/h)煙氣離窯溫度tg=400（2）其余物化反應熱Qr用Al2O3反應熱近似代替物化反應熱入窯干制品質量G1=783.8kg/h，Al2O3含量=20故 4、煙氣帶走顯熱Qg離窯煙氣總量 煙氣離第4節(jié)窯溫度tg=400，400時煙氣比熱容Cg=1.45(kJ/m3)5其他熱損失

17、Q5根據(jù)經驗占熱收入的5Q5=（Q1+Qf+Qa+Qa）0.05=(180955+5260.2x+32.5x+24.2x)0.05=9048+265.8xC熱平衡方程 每小時燒成產品質量為744.6kg/h.所以，公斤產品熱耗= 表4為預熱帶、燒成帶熱平衡表。表4 預熱帶、燒成帶熱平衡表熱收入熱支出項目kJ/h%項目kJ/h%坯體帶入顯熱1809556.18產品帶出顯熱107535136.72燃料化學熱及顯熱271952392.82窯爐散失之熱42675314.57助燃空氣顯熱168030.57物化反應熱38138913.02漏入空氣顯熱125110.43煙氣帶走顯熱89958030.71 其

18、他熱損失1464745.00總計2929792100.00總計2929547100.00八、燒嘴的選擇考慮到該廠已有引進窯，選用WELKO公司HS20000型燒嘴，它由煤氣噴嘴、助燃 空氣噴嘴和燒嘴磚組成。煤氣節(jié)流孔板孔徑：燒成帶第1216節(jié)，取直徑8.7mm，預熱帶第5-11節(jié)，取直徑5.6mm?？諝鈬娮齑晒軆葟剑簾蓭У?2-16節(jié)，取直徑6.5mm，預熱帶第5-11節(jié)，取直徑4.5mm.。燒嘴磚耐火材料選用：莫來石輕質高鋁磚，最高使用溫度1420，密度1.2g/cm3。九、管道計算、阻力計算、風機選型A計算抽煙風機的管道尺寸、阻力損失，對風機選型（1）管道尺寸排煙系統(tǒng)需排除煙氣量； 煙氣

19、在金屬管中流速 ，據(jù)經驗數(shù)據(jù)取 。煙氣抽出時實際體積V； （1）總煙管尺寸內徑 總管內徑取直徑為360mm，長度4m。（2）分煙管尺寸分管流量 內徑 分管內徑取210mm，長度為3.2m（3）支管尺寸支管流量V=V/6=1.06/6=0.177(m3/s)內徑 支管內徑直徑150mm，頂部支管長定為1.1m，兩側支管長定為0.5m。（4）熱交換器熱交換管選直徑83mm3.5mm無縫鋼管，內徑d交=76mm，長度取2m?？紤]粉塵阻塞與熱交換的需要，流速 交取2m/s。熱交換管條數(shù) 熱交換管條數(shù)取118條。熱交換管外表面積S=3.140.0832118=61.5(m2)，引進窯熱交換管外表面積為3

20、.140.0322397=79.8（m2）,(79.8-61.5)/79.8100%=23%，新窯熱交換表面積比引進窯少23，但新窯需熱交換量比引進窯少35%以上，取118條能滿足要求。（2）阻力計算（1）料垛阻力hi根據(jù)經驗每米窯長料垛阻力為0.5Pa。設O壓在11-12節(jié)交界處，則hi=（7+0.5）節(jié)2.13m/節(jié)0.5Pa=8Pa。（2）位壓阻力hg煙氣從窯爐至風機，高度升高H=1.8m，此時幾何壓頭為煙氣流動的動力即負位壓阻力，煙氣溫度400。 （3）局部阻力he局部阻力 由表查得：煙氣從窯爐進入支管： 1=1支煙管進入分煙管： 2=1.5并900急轉彎： 3=1.5分管900急轉彎

21、： 4=1.5分管900圓弧轉彎： 5=0.35 （r/d=2）分管進入總管： 6=1.5并900急轉彎： 7=1.5進入交換管： 8=0.28為簡化計算，煙管中煙氣流速均按10m/s計，煙氣溫度均按400計，雖在流動過程中煙氣會有溫降，但此時流速會略小，且取定的截面積均比理論計算的偏大，故按此值算出的局部阻力只會略偏大，能滿足實際操作需要。 （4）摩擦阻力hf摩擦阻力系數(shù)：金屬管取 1=0.03，熱交換管取 2=0.05（粉塵粘壁嚴重）。 煙囪阻力忽略不計（可由本身幾何壓頭來克服）。風機應克服總阻力 （3）風機選型為保證正常工作，取風機抽力余量0.5。所以選型應具備風壓：H=（1+0.5）255.2=382.8(Pa)流量取儲備系數(shù)1.5，風機排出煙氣平均溫度250。 選用風機時應考慮窯爐有時空氣、煤氣比例失調，大量增加煙氣量，增大抽風阻力，熱交換器粉塵阻塞，造成較大阻力，選型時全風壓留有較大余地。所選風機見表5。B其他系統(tǒng)管道尺寸確定、風機選型根據(jù)引進輥道窯數(shù)據(jù)，結合本窯具體情況和已經計算出來的抽煙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來確定其他系統(tǒng)的風管尺寸、風機型號。省略風量計算、阻力計算。各系統(tǒng)管理尺寸、風機型號規(guī)格見表5、表6。表5 窯主體系統(tǒng)管理尺寸、