隧道窯課程設(shè)計(jì)說明書

1、“隧道窯課程設(shè)計(jì)說明書Prepared on 22 November 2020戚都理工大老窯爐設(shè)計(jì)說明書題目：設(shè)計(jì)一條年產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷24萬大件的隧道窯學(xué) 號(hào)：姓 名：學(xué) 院：材料與化學(xué)化工學(xué)院班 級(jí)：指導(dǎo)教師：葉巧明 劉菁一、前言隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，陶瓷工業(yè)在人民生 產(chǎn)、生活中都占有重要的地位。陶瓷的發(fā)展與窯爐的改革密切相關(guān),一 定結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的窯爐燒出一定品質(zhì)的陶瓷。因此正確選擇燒成窯爐是獲得 性能良好制品的關(guān)鍵。陶瓷窯爐可分為兩種:一種是間歇式窯爐，比如梭式窯;另一種是連續(xù) 式窯爐，比如隧道窯。隧道窯由于窯內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，從而保證了產(chǎn)品質(zhì) 量，也為快燒提供了條件；而隧道窯中空

2、、裸燒的方式使窯內(nèi)傳熱速率 與傳熱效率大，又保證了快燒的實(shí)現(xiàn)；而快燒又保證了產(chǎn)量,降低了能 耗。所以，隧道窯是當(dāng)前陶瓷工業(yè)中優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的先進(jìn)窯型， 在我國(guó)已得到越來越廣泛的應(yīng)用。燒成在陶瓷生產(chǎn)中是非常重要的一道工序。燒成過程嚴(yán)重影響著產(chǎn) 品的質(zhì)量，與此同時(shí)，燒成也由窯爐的窯型決定。在燒成過程中，溫度控制是最重要的關(guān)鍵。沒有合理的燒成控制， 產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量都會(huì)很低。要想得到穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)量，首先 要有符合產(chǎn)品的燒成制度。然后必須維持一定的窯內(nèi)壓力。最后，必須要維持適當(dāng)?shù)臍夥?。二、設(shè)計(jì)任務(wù)與原始資料1課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一條年產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷24萬大件的隧道窯2課程設(shè)計(jì)原始資料（1）、年產(chǎn)量

3、：24萬大件/年；（2）、產(chǎn)品規(guī)格:400*200*200mm,干制品平均質(zhì)量lOKg/件；（3）、年工作日：350天/年；（4）、成品率：85%：（5）、燃料種類:天然氣，熱值。=36000燈花淀；（6）、制品入窯水分:%；（7）、燒成曲線：20970,9h；9701280,4h；1280,保溫 lh；128080, 14h；最高燒成溫度1280C,燒成周期28h。3課程設(shè)計(jì)要求（1）、課程設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照成都理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）工作管理辦 法進(jìn)行規(guī)范管理；（2）、要求提交窯爐設(shè)計(jì)說明書一份，設(shè)計(jì)圖二張（隧道窯剖面圖及隧道窯 工作系統(tǒng)圖）；（3）、要求計(jì)算正確，設(shè)計(jì)合理，文圖相符，課程設(shè)

4、計(jì)報(bào)告23000字（含數(shù) 據(jù)表、插圖）；（4）、采用學(xué)校規(guī)定的“成都理工大學(xué)學(xué)生的撰文專用稿紙”，參照學(xué)校規(guī) 定的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫格式要求（含數(shù)據(jù)表、插圖），撰寫或編排打印課 程設(shè)計(jì)；參照學(xué)校規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）裝訂結(jié)構(gòu)，課程設(shè)計(jì)報(bào)告、圖紙等 一并裝入學(xué)校規(guī)定的“成都理工大學(xué)學(xué)生專為資料袋”。三、燒成制度的確定1、溫度制度的確定根據(jù)制品的化學(xué)組成、形狀、尺寸、線收縮率及其他一些性能要求，制訂燒成制 度如下:20970,20970,9h：預(yù)熱帶9701280,4h；燒成帶1280, 保溫lh；保溫階段128080,14h；冷卻帶燒成周期:28小時(shí)2、窯型選擇衛(wèi)生瓷是大件產(chǎn)品，采用普通窯車隧

5、道窯。由于考慮到燃料為城市煤氣，經(jīng)過凈化處 理，不會(huì)污染制品。若再?gòu)母G的結(jié)構(gòu)上加以考慮，避免火焰直接沖劇制品，所以采用 明焰露襲的形式（制品不襲匣缽），既能保證產(chǎn)品質(zhì)量，有增加了產(chǎn)量，降低了燃料消 耗，改善了工人的操作條件，并降低了窯的造價(jià)，是合理的。四、窯體主要尺寸的確定1、窯主要尺寸的確定。為使裝車方便，并使窯內(nèi)溫度均勻，快速燒成，采用單層裝車的辦法，即窯車 上只放一層制品。根據(jù)幾種裝車方法確定：窯車長(zhǎng)義寬= 1500X870mm,平均每車裝 制品11件/車，干制品的平均質(zhì)量為每件10Kg,則每車裝載量為HOKg/車。=240000X284-3504-244- （X114-）二 m窯內(nèi)容車

6、數(shù)：n=輛取86輛則窯車有效長(zhǎng)度為：86X=129m2、窯體各帶長(zhǎng)度的確定預(yù)熱帶長(zhǎng)Ly二（預(yù)熱時(shí)間/總燒成時(shí)間）x總長(zhǎng)=9/28x129二燒成帶長(zhǎng)Ls二（燒成時(shí)間/總燒成時(shí)間）x總長(zhǎng)=（4+1） /28xl29=冷卻帶長(zhǎng)Lv二（冷卻時(shí)間/總燒成時(shí)間）x總長(zhǎng)=14/28x129二設(shè)進(jìn)車室2m,出車室2nb則窯總長(zhǎng)為129十2十2 = 133m。窯內(nèi)寬B根據(jù)窯車和制品的尺寸取800mm。窯內(nèi)側(cè)墻高（窯車掛9z面至拱腳）根據(jù)制 品最大尺寸（并留有空隙）定為500mm。拱心角口取60,則拱高J=0. 136B = 0. 134X 800 = 107mm軌面至窯車襯磚面高660mm。為避免火焰直接沖擊制

7、品，窯車上設(shè)300mm高之通道 （由40mm厚耐火粕土板及耐火粘土磚柱組成）。見圖144剖面66。側(cè)墻總高為（軌面至拱腳）H = 500十300十40十660 = 1500m m窯內(nèi)容車數(shù)86輛推車時(shí)間：28X60/86二車小時(shí)推車數(shù)：60/=車/h五、工作系統(tǒng)的安排在預(yù)熱帶224號(hào)車位設(shè)23對(duì)排煙口，每車位一對(duì)。煙氣通過各徘煙口到窯墻內(nèi)的 水平煙道，山9號(hào)車位的垂直煙道經(jīng)窯頂金后管道至徘煙帆，然后由鐵皮煙囪排至大 氣。排煙機(jī)及鐵皮煙囪皆設(shè)于預(yù)熱帶窯頂?shù)钠脚_(tái)。在1號(hào)、6號(hào)、11號(hào)車位有三運(yùn)氣幕。其中1號(hào)車位氣幕為封閉氣幕，窯頂和側(cè)培 皆開孔，氣體噴出方向與窯內(nèi)氣流成90。聲。6號(hào)和11號(hào)車位為

8、擾動(dòng)氣幕，氣體由窯 頂噴出，方向與窯內(nèi)氣流成150。角。用作氣幕的氣體從冷卻帶的間接冷卻部位抽 出。在燒成帶28 /29號(hào)-42 /43號(hào)車位設(shè)14對(duì)攜燒室，不等距分布，兩測(cè)相對(duì)排列。助燃空氣不預(yù)熱，由助燃風(fēng)機(jī)直接抽車間冷空氣，并采用環(huán)形供風(fēng)方式，各燒最 前壓力基本相同。冷卻帶在4450號(hào)車位處，有10m長(zhǎng)的間壁急冷段，由側(cè)路上的小孔直接吸人車間 冷空氣，冷卻氣體流動(dòng)方向與窯車前進(jìn)方向相同（順流）。從換熱觀點(diǎn)，逆流冷卻效率 高，但磚砌體易漏風(fēng)，逆流漏進(jìn)的冷風(fēng)和700c左右的產(chǎn)品接觸，易急冷至更低溫 度，達(dá)到Si。晶形轉(zhuǎn)化溫度而使產(chǎn)品開裂。所以要采用順流。該處窯頂自43一號(hào)車位 有10m長(zhǎng)的二層

9、拱間接冷卻，冷空氣亦由窯頂孔洞處自車間吸入。由間壁、二層拱抽 出來的熱空氣經(jīng)窯頂上金屬管道送往預(yù)熱帶作氣幕。這里只作為計(jì)算例題，實(shí)際上該 段應(yīng)采用直接風(fēng)急冷或直接、間接相結(jié)合，將丙層拱抽來的熱氣再噴入窯內(nèi)作急冷， 可防止大件產(chǎn)品炸裂。自5260號(hào)車位設(shè)12對(duì)熱風(fēng)抽出口，每車位一對(duì)。熱空氣經(jīng)過窯墻內(nèi)的水平熱 風(fēng)通道，于：3號(hào)車位處用金屆管道由熱風(fēng)機(jī)拍送干燥。窯后；4號(hào)車位處，山冷卻 風(fēng)機(jī)自窯頂和側(cè)墻集中鼓入冷卻空氣。車下自2865號(hào)車位，每隔3nl設(shè)一個(gè)冷卻風(fēng)進(jìn) 風(fēng)口，由車下冷卻風(fēng)機(jī)分散鼓風(fēng)冷卻，并于5號(hào)車他處由排姻機(jī)排走。燒成帶前后，即28號(hào)、43號(hào)車位處，設(shè)兩對(duì)事故處理口。六、窯體材料以及厚

10、度的確定根據(jù)上述原則，確定窯體的材料及厚度如表17。材料及厚度確定忘可進(jìn)行材料 的蘸算。計(jì)算方法同田(1-1)、(1-2),逐段逐層的計(jì)算。確定全窯的材料消耗量。七、燃料燃燒計(jì)算1、燃燒所需空氣量該窯用天然氣，其熱值Q尸36000KJ/Bn?;理論空氣量：Va=;實(shí)際空氣量：取空氣過剩系數(shù)行Va=aV0a=x=Bm3;2、燃燒產(chǎn)生煙氣量理論煙氣量：V=1000+=*36000/1000+=Nm3)實(shí)際煙氣量V= V+ (a-l) Va= + () *二(NmVNm3)3、燃燒溫度 理論燃燒溫度。二(Qnet+CfT;+VaCaTa)/VC二（36000+x20+*x/x 100歸5%所以合理

11、取局溫系數(shù)rj二則實(shí)際溫度為：Tp=*= 比燒成溫度1280（高，認(rèn)為合理 用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)決定燃料消耗量八、加熱帶熱平衡計(jì)算1、預(yù)熱帶及燒成帶的熱平衡計(jì)算（1）熱平衡計(jì)算基準(zhǔn)及范圍在此以1小時(shí)作為計(jì)算基準(zhǔn)，而以0作為基準(zhǔn)溫度。計(jì)算燃燒消耗量時(shí)，熱平衡 的計(jì)算范圍為預(yù)熱帶和燒成帶，不包括冷卻帶。熱平衡框圖QfQf其中Q其中Q-制品帶入的顯熱Q二一棚板及支柱帶入的顯熱Q一燃料帶入化學(xué)熱及顯熱Qi-助燃空氣帶入顯熱Q一燃料帶入化學(xué)熱及顯熱Qi-助燃空氣帶入顯熱QJ -漏入空氣帶入顯熱Q廠一產(chǎn)品帶出顯熱Q一Q一棚板及支柱帶出顯熱Qs窯墻、窯頂散失之熱QeQe窯車積散之熱Q7物化反應(yīng)耗熱Q廠一其他熱損失Q廠

12、一其他熱損失Q一廢氣帶走顯熱2、2、熱收入項(xiàng)目：（1）制品帶入顯熱Q用公式計(jì)算 每小時(shí)入窯干制品：G=110Kg/車 x=(Kg/h)入窯制品含2%自由水，每小時(shí)入窯的濕制品為：Gi=()二(Kg/h)入窯制品的比熱隨各地原料成分及分配方的不同而變化，一般在kg*C范圍?，F(xiàn)取平均比熱c = KJ/kg.C入窯制品溫度ti = 20C則 QkGjcT戶(KJ/h)(2)墊板及支柱帶入顯熱Q2：此窯制品不裝匣體，亦不用棚板，為避免火焰沖擊制品，窯車上有耐火粘土熱 墊板及支柱組成的火焰通道。墊板與支柱窯吸熱，根據(jù)器體積、密度可求得每 車質(zhì)量為Kg oG2=*=237 (Kg/h)c2=(KJ/kg.

13、)根據(jù)公式可得 Q2=237*20= (Kg/h)(3)燃料帶入化學(xué)熱及顯熱Qf；QD=36OOOKJ/Bm3;入窯天然氣溫度，t=20查手冊(cè)，此溫度下的天然氣平均比熱為；Ct=根據(jù)公式可得；Qt=x(QD+tf Cf)=x(36000+*20)= (Kg/h)(4)空氣帶入顯熱Qa;全部助燃空氣作為一次空氣。燃料所需空氣量有1-1。求得。Va= /h助燃空氣溫度ta =20查手冊(cè)，在20 C。時(shí)空氣的平均比熱為；Ca= (kJ/kg.)根據(jù)公式可得Qa=Va*Ca*ta=-20=319 X KJ/h(5)從預(yù)熱帶不嚴(yán)密處漏漏入空氣帶入顯熱Q.取預(yù)熱帶煙氣中的空氣過剩系數(shù)由利1-10中已求出理

14、論空氣量VtBn?;燒成帶燃料燃燒時(shí)的空氣過剩系數(shù)a尸Va=x /h漏入空氣溫度為ta=20查手冊(cè)，ca=kg.根據(jù)公式可得；Q a=V、a*C a*t a=*20=h(6)氣幕空氣帶入顯熱Qm：作氣幕用的氣體由冷卻帶時(shí)間接冷卻出抽來，其帶入之顯熱由冷卻帶熱平衡計(jì)算為；Qm=216000kJ/h3、熱支出項(xiàng)目：(1)產(chǎn)品帶出顯熱Q3出產(chǎn)品帶出質(zhì)量G3二出燒成帶產(chǎn)品溫度t3=1280查手冊(cè)，得產(chǎn)品平均比熱；C3= kJ/kg. 根據(jù)公式可得：Q3=*1280=kJ/h(2)墊板支柱帶走顯熱Q4墊板、支柱質(zhì)量：G4=237kg/h出燒成帶墊板、支柱溫度，t4=1280C查手冊(cè)，次時(shí)粘土墊板、支柱的

15、平均比熱為：C4=kg.根據(jù)公式得：Q4=G4*C4M4=237* 1280=357358kJ/h(3)煙氣帶走顯熱Qg；煙氣中包括燃燒生成的煙氣，預(yù)熱帶不嚴(yán)密處漏入之空氣外，尚有用于氣幕的空氣。 用于氣幕之空氣體積由冷卻帶計(jì)算為；Vm=1552Bm3 /h離窯煙氣體積；Vg=VOg+(ag-1 )VaJx+Vm離窯煙氣溫度一般為200300,現(xiàn)取 tg=250查手冊(cè)，此時(shí)煙氣的平均比熱為；Cg=nf3.C根據(jù)公式得：o0Qg=V g+(ag-l)V ax+Vm*Cg*tg=+*x+1552*250=8880 x+558720 kJ/h(4)通過窯墻，窯頂散失的熱Qs根據(jù)各處材料的不同，并考慮

16、溫度范圍不能太大，將預(yù)熱帶窯墻分為四段計(jì)算其向外散熱，一側(cè)散熱：散熱，8200kJ/h散熱，7160kJ/h散熱 13600kJ/h散熱，8200kJ/h散熱，7160kJ/h散熱 13600kJ/h散熱 5800kJ/h第二段;750970,長(zhǎng)米，第三段;9701280,長(zhǎng)米,第四段；1280 ,長(zhǎng)3米，一側(cè)總散熱:34760kJ/h兩側(cè)總散熱：34760*2=69520kJ/h窯頂按同樣原則，計(jì)算結(jié)果為 112500kJ/hQs=69520+112500kJ/h=182020(5)窯車積蓄和散失之熱Q6去經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，占熱收入的25%。(6)物化反應(yīng)耗熱和散熱之熱Q7不考慮制品所含之結(jié)構(gòu)水自由

17、水質(zhì)量Gw=kJ/煙氣離窯溫度tg=250制品中A1203含水量為25%。根據(jù)公式可得;Q7=QwQr=Gw (2490+Gr*2100A1203%=* (2490+*250)+*2100*二 kj/h(7)其他熱損失Q8去經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，占熱收入的5%.4、列出熱平衡方程式熱收入二熱支出 Q1 +Q2+Qf+Qa+Qa+Qm=Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q82535+4005+36624x+319x+216000=207360+357358+8880 x+558720+69520+11250+79079+(2535+4005+36624x+319x+216000)* (+ )移項(xiàng)整理得16989

18、x=1384537X二,即每小時(shí)需要天然氣1、列出預(yù)熱帶及燒成帶平衡表如下:熱收入熱支出項(xiàng)目kj/h%kj/h%1.坯體帶入顯熱3098L產(chǎn)品帶出顯熱2534402.墊板、支柱顯熱2,墊板、支柱顯熱3573583.燃料化學(xué)熱,顯熱3.煙氣顯熱4 ,助燃空氣顯熱4.窯墻、窯頂散熱1820205.漏入空氣顯熱5,窯東積、散熱6氣幕顯熱2160006.物化反應(yīng)熱966427.其他熱損失3043總 計(jì)100總 計(jì)，100九、冷卻帶熱平衡計(jì)算冷卻帶熱平衡的計(jì)算，其計(jì)算方法與預(yù)熱帶，繞成帶熱平衡計(jì)算方法相同。先確 定熱平衡計(jì)算基準(zhǔn)：lh , 0C。；劃計(jì)算范圍：冷卻帶；畫冷卻帶熱平衡示意圖； 列出熱收入、

19、熱支出的所有項(xiàng)目，然后解熱平衡方程式。在這個(gè)熱平衡方程式中也只 能有一個(gè)未知數(shù)，即冷卻空氣需要量工(或可供干燥的熱空氣量)。其他一切項(xiàng)目都 應(yīng)已知，或用L代替，或事先用分段熱平衡的辦法算出，所以V，可求。 而可供干燥的熱空氣抽出且是由冷卻空氣鼓人員和助燃二次空氣星決定的，亦可求。熱收入的項(xiàng)目為高燒成帶而進(jìn)入冷卻帶時(shí)產(chǎn)品帶入顯熱，棚板帶入顯熱，密車帶 入顯熱，冷卻空氣帶入顯熱等。熱支出項(xiàng)目為離窯時(shí)產(chǎn)品帶出顯熱，匣缽，棚板帶出 顯熱，竊車帶出顯熱，窯堵、窯頂散熱、抽送干燥熱空氣帶走顯熱，作氣暮氣體帶走 顯熱，其他熱損失笨。計(jì)篡公式同預(yù)熱帶、燒成帶。熱收入項(xiàng)目：(1)產(chǎn)品帶入顯熱Q3此項(xiàng)熱量即為預(yù)熱

20、、燒成帶產(chǎn)品帶出顯熱：Q3= h(2)墊板、支柱帶入顯熱，此項(xiàng)熱量即為預(yù)熱、燒成帶墊板、支柱帶出顯熱：Qi= 357358kJ/h(3)窯車帶入顯熱Qg預(yù)熱帶、燒成帶窯車散失之熱約占窯車積、散熱之5%,而95%之積熱帶進(jìn)冷卻帶。Q9二 *Q6 = | = KJ/h(4)冷卻帶末端送入空氣帶入顯熱Q必用公式(1-62)計(jì)算：tL20C。，此溫度下空氣平均比熱查手冊(cè)為：Ca=m3*CoQio=VaCat =Vaxx 20 =26Va KJ/h熱支出項(xiàng)目：產(chǎn)品帶出顯熱Q“出窯產(chǎn)品質(zhì)量Gii 135 Kg / h出窯產(chǎn)品溫度3尸80 C0查手冊(cè)，此時(shí)產(chǎn)品平均比熱，Cn= kj/kg. C根據(jù)公式(1-

21、64)可得：Qi尸GiCJii= 165* *80 KJ.1 h(2)墊板、支柱帶出顯熱，Qh出窯墊板、支柱質(zhì)量：Gf 267 Kg/h出窯墊板、支柱溫度：，二80 C0在80C。是粘板、支柱的比熱為：Ci： + n)3*C0Q12= Gi： C12 ti2= KJ. h(3)窯車帶走和向車下散失之熱Q13-此項(xiàng)熱量占窯車帶入顯熱的55%,Q13=x Q9= x = KJ/h(4)抽送干燥用的空氣帶走顯熱Qlb該窯不用冷卻帶熱空氣作二次空氣，且氣幕所用空氣由冷卻帶間壁抽出，所以，熱空氣抽出量即為冷卻空氣鼓入量r。設(shè)抽送干燥器用的空氣溫度為200C0 ：此溫度下的空氣平均比熱為：CH=Bm3.C

22、Qu=Va.C11.t1.I=Vax x 200=264Va kj/h(5)計(jì)算得，冷卻帶窯墻，頂散熱為：Q16=100000kJ/h(6)抽送氣幕熱空氣帶走顯熱Qk抽送氣幕熱空氣包括兩側(cè)間壁及二層拱內(nèi)抽出之熱空氣，其所帶之熱由窯墻、 窯頂之計(jì)算中已知為：Qi尸Q-Q = 216000 kj/h抽送氣幕的熱空氣體積為；V =V+V = 1552 Bm3/h(7)其他熱損失Q偵取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，占總熱收入的5%3、列熱平衡方程式熱收入二熱支出，即*(207360+357358+688817+26V&)= +264V&+100000+216000移項(xiàng)整理得：Va= Bm7h.即每小時(shí)有標(biāo)準(zhǔn)立方米，200 的熱空氣抽送干燥。4、列出冷卻熱平衡表及全窯熱平衡表，方法同預(yù)熱帶、燒成帶，此處從略。熱平衡采用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，可節(jié)約時(shí)間。并可制成軟件包，便于變更條件時(shí) 采用十、燒嘴的選用級(jí)燃燒室的計(jì)算每小時(shí)燃料的消耗量求出為：X=73Bm3/h 該窯共設(shè)7對(duì)燒嘴。每個(gè)燒嘴的燃料消耗量為：74=（1）選用DW-3型渦流式短焰燒嘴，其生產(chǎn)能力為18Bm3/h,燒嘴前天然氣壓力 8OOPa,空氣壓力 2OOO