年產(chǎn)80萬件日用瓷隧道窯設(shè)計

前言隨著經(jīng)濟的不斷發(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。在日用瓷生產(chǎn)過程，燒成是非常重要的一道工序，燒成過程嚴重影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。隧道窯是現(xiàn)代化的連續(xù)式燒成的熱工設(shè)備，以窯車為運載工具，具有生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)量大、消耗低的特點，最適合于工藝成熟批量生產(chǎn)的日用瓷。由于現(xiàn)在能源價格不斷上漲，為了節(jié)約成本，更好的贏取經(jīng)濟利益，就需要窯爐在燒成過程中嚴格的控制溫度制度、氣氛制度，壓力制度，提高生產(chǎn)效率及質(zhì)量，便于更好的節(jié)約燃料，降低能量消耗。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?shù)臍夥?。這些要求都應(yīng)該遵循。本窯爐采用輕質(zhì)耐火保溫材料，高速調(diào)溫燒嘴，對余熱進行集中利用，產(chǎn)品能耗較低，實現(xiàn)了自動化控制，連續(xù)式生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率。符合大量生產(chǎn)的要求。在設(shè)計過程中，使我對窯爐設(shè)計及施工過程有了更深的認識。隧道窯是當前陶瓷工業(yè)中優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的先進窯爐，在我國已得到越來越廣泛的應(yīng)用。1原始數(shù)據(jù)設(shè)計技術(shù)指標、參數(shù)：年產(chǎn)量：80萬件(年工作日330天，合格率97%.產(chǎn)品規(guī)格：10英寸，0.375kg/件湯盤坯料組成（%）SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa=2\*Arabic2OI.L63.3724.871.150.320.812.051.895.54入窯水分：≤2%最高燒成溫度：1300℃燃料：發(fā)生爐煤氣燒成周期：24h氣氛制度：還原氣氛隧道窯：窯車式拱頂隧道窯2燒成制度的確定根據(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：常溫－200℃3.5小時預(yù)熱階段300℃－500℃1.0小時預(yù)熱氧化分解階段500℃－750℃2.0小時預(yù)熱氧化分解階段750℃－950℃1.0小時預(yù)熱氧化分解階段950℃－1300℃5.5小時燒成階段1300℃－1300℃2.0小時保溫階段1300℃－800℃2.5小時急冷階段800℃－400℃5.0小時緩冷階段400℃－60℃1.5小時快冷階段3窯體主要尺寸的確定3.1棚板和立柱的選用查資料得10寸湯盤的詳細參數(shù)如下：大?。?55×255×30(單位mm)單件制品質(zhì)量：0.375kg所以選用棚板的尺寸為：480×480×10mm支柱高度：50mm3.2裝車方法在窯車的長度方向上設(shè)置3塊棚板，寬度方向上設(shè)置3塊棚板，在窯車高度方向上裝10層。棚板間的間隙在長度方向上為10mm，棚板與車邊間距為20mm。棚板間的間隙在寬度方向上為10mm，棚板與車邊間距為20mm。由此確定窯車車面尺寸為：長：480×3＋10×2＋20×2=1500mm寬：480×3＋10×2＋20×2=1500mm窯車架高225mm，窯車襯面邊緣用4層的輕質(zhì)磚共260mm，在窯車的中部鋪4層硅酸鋁纖維棉和1層含鋯纖維毯。窯車總高為：225+260=485mm在車面與棚板間留火道，其高度為200mm。3.3隧道窯有效高度制品距窯頂?shù)木嚯x為200mm，窯車上裝制品的高度為(50+10)×10=600mm，所以隧道窯有效高度：預(yù)熱帶、冷卻帶為：200+600+200=1000mm；為了加強傳熱，燒成帶加高100mm,故燒成帶有效窯高為：200+600+200+100=1100mm。3.4隧道窯寬度根據(jù)窯車和制品的尺寸，窯車車邊距窯內(nèi)墻取100mm，所以窯內(nèi)寬B為1700mm3.5窯總長及各帶長的確定3.5.1窯總長的確定窯車裝載量為1×9×10=90件每車，每件制品的質(zhì)量為：0.375kg。則每車的質(zhì)量為：33.75kg，故裝窯密度為：日產(chǎn)量為：，取2500件/天。則隧道窯的有效容積窯長t=24hη=97%g=25kg/A=0.6×1.5=0.9L=(39×24)/(25×0.97×1.35)=42.89m窯車數(shù)量n=42.89/1.5=28.6，取29輛，則隧道窯實際窯長L=29×1.5=43.5m3.5.2各帶長度的確定預(yù)熱帶帶長：因窯爐每節(jié)長度為1.5米，故預(yù)熱帶取9節(jié)。燒成帶帶長：因窯爐每節(jié)長度為1.5米，故預(yù)熱帶取9節(jié)。冷卻帶帶長：因窯爐每節(jié)長度為1.5米，故預(yù)熱帶取11節(jié)。3.6窯車數(shù)量及推車間隔時間窯車數(shù)量n=42.89/1.5=28.6，取29輛推車時間間隔3.7核算隧道窯的實際生產(chǎn)能力窯車每車轉(zhuǎn)載質(zhì)量g=1×9×10×0.375=33.75kg故滿足需求。4隧道窯工作系統(tǒng)的確定4.1燃燒系統(tǒng)的確定此窯采用小功率多分布高速調(diào)溫燒嘴的布置方式。兩側(cè)垂直和水平交錯排列，這樣有利于均勻窯溫和調(diào)節(jié)燒成曲線。下部燒嘴噴火口對準裝載制品的下部火道，上部燒嘴噴火口對準裝載制品上方的部分。燒嘴磚直接砌筑在窯墻上，采用剛玉莫來石材質(zhì)。燒嘴的具體布置情況為：10～18節(jié)只設(shè)置下部燒嘴8對，共16只。并在每個燒嘴的對側(cè)窯墻上設(shè)置一個觀火孔。燒嘴總數(shù)為：16只，助燃風全部為外界空氣。4.2通風系統(tǒng)的確定4.2.1燒成帶一次空氣送風系統(tǒng)燃料燃燒所需的一次空氣，一般由風機單獨供給，也可用高溫風機從冷卻帶抽出部分熱空氣送至各燒嘴，但抽出空氣溫度不能超過風機所能允許的使用溫度。當要求采用高溫助燃空氣時，可采用噴射器最為一次空氣輸送裝置。4.2.2冷卻帶抽風系統(tǒng)為使制品有效的冷卻，從冷卻帶鼓入的冷風量一般都比燃料燃燒所需的空氣量要大，因此，熱空氣在進入燃燒帶之前要從窯內(nèi)抽出一部分。為避免燒成帶煙氣向冷卻帶倒流，抽熱風口位置不宜太靠近燒成帶。4.3排煙系統(tǒng)為了更好的利用煙氣的余熱，采用分散排煙的方式。在預(yù)熱帶第4節(jié)箱體位近窯車臺面的窯墻上設(shè)1對排煙口，使煙氣自上而下流動，使得制品受熱均勻，最終由排煙機排出，一部分送干燥房，其余的從煙囪排入大氣。4.4冷卻系統(tǒng)制品在冷卻帶有晶體成長、轉(zhuǎn)化的過程，并且冷卻出窯，是整個燒成過程最后的一個環(huán)節(jié)。從熱交換的角度來看，冷卻帶實質(zhì)上是一個余熱回收設(shè)備，它利用制品在冷卻過程中所放出的熱量來加熱空氣，余熱風可供干燥用，從而達到節(jié)能目的。4.4.1急冷段采用直接向窯內(nèi)吹入冷風的方式，在19節(jié)中間位置設(shè)置了一道急冷阻擋氣幕，19-21節(jié)分上下兩排設(shè)置了12對急冷風管，直接向窯內(nèi)噴入冷風，并在22節(jié)設(shè)置了2對側(cè)部抽熱風口。4.4.2緩冷段制品冷卻到800～400℃范圍時，是產(chǎn)生冷裂的危險區(qū)，應(yīng)嚴格控制該段冷卻降溫速率。為了達到緩冷的目的，本設(shè)計采用間壁冷卻的形式，在23至26節(jié)設(shè)置2組中空墻來進行間壁冷卻。4.4.3快冷段在27-28節(jié)分上下兩排設(shè)置12對快冷風管，氣源為外界空氣。并在頂部設(shè)置抽熱口，由抽熱風機送至干燥室。4.4.4窯尾段29節(jié)設(shè)置3對軸流風機，直接對窯內(nèi)的制品進行冷卻，以保證制品的出窯溫度低于60℃。5窯頂結(jié)構(gòu)的確定考慮到燒成溫度，窯頂重量，保溫性能，窯內(nèi)氣流等因素，本隧道窯選取拱頂窯頂。已知窯內(nèi)寬B為1700mm，所以拱的跨度B=1.7m。取拱心角α=60°，則：拱半徑；拱高所以，拱頂隧道窯窯內(nèi)高為：預(yù)熱帶、冷卻帶窯內(nèi)高：485+1000+230=1715mm燒成帶窯內(nèi)高：485+1100+230=1815mm6窯體材料和厚度的確定6.1窯體材料確定原則整個窯體由金屬支架支撐。窯體材料要用耐火材料和隔熱材料。耐火材料必須具有一定的強度和耐火性能以便保證燒到高溫窯體不會出現(xiàn)故障。隔熱材料的積散熱要小，材質(zhì)要輕，隔熱性能要好，節(jié)約燃料。而且還要考慮到廉價的材料問題，在達到要求之內(nèi)盡量選用價廉的材料以減少投資。窯體材料厚度的確定原則：1、為了砌筑方便的外形整齊，窯墻厚度變化不要太多。2、材料的厚度應(yīng)為磚長或磚寬的整數(shù)倍；墻高則為磚厚的整數(shù)倍，盡量少砍磚。3、厚度應(yīng)保證強度和耐火度?？傊?，窯體材料及厚度的確定在遵循以上原則得計出上，還要考慮散熱少，投資少，使用壽命長等因素。6.2整個窯爐的材料名稱和厚度窯體所采用的材料及其厚度應(yīng)該滿足各段使用性能要求，受表面最高溫度限制以及磚形、外觀整齊等方面的因素的影響，綜合考慮確定窯體材料和厚度見如下。6.2.1窯爐窯墻部分的材料名稱和厚度第1-9號車位窯墻（厚445mm）：345mm輕質(zhì)保溫磚+100mm巖棉氈；第10-18號車位窯墻(厚560mm)：230mm聚輕高鋁磚+230mm輕質(zhì)粘土磚+100mm硅酸鋁纖維氈；第19-21號車位窯墻(厚560mm)：230mm聚輕高鋁磚+230mm輕質(zhì)粘土磚+100mm硅酸鋁纖維氈；第22-29號車位窯墻（厚445mm）：345mm輕質(zhì)保溫磚+100mm巖棉氈；6.2.2窯爐窯頂部分的材料名稱和厚度堇青莫來石板制品具有熱膨脹系數(shù)小，抗震穩(wěn)定性好，使用壽命長，且不會突然斷裂，使用過程中不氧化不落臟掉渣，不污染燒品，是燒成陶瓷制品最理想的材料。第1-9號車位窯頂（厚250mm）：20mm堇青莫來石板+230mm硅酸鋁纖維氈；第10-18號車位窯頂（厚460mm）：230mm莫來石絕熱磚+230mm硅酸鋁纖維氈；第19-21號車位窯頂（厚460mm）：230mm莫來石絕熱磚+230mm硅酸鋁纖維氈；第22-29號車位窯頂（厚250mm）：20mm堇青莫來石板+230mm硅酸鋁纖維氈；綜上所述，隧道窯全窯高為：預(yù)熱帶窯內(nèi)高：1715+250=1965mm燒成帶窯內(nèi)高：1815+460=2275mm冷卻帶19-21號車位窯內(nèi)高：1715+460=2175mm冷卻帶22-29號車位窯內(nèi)高：1715+250=1965mm7燃料燃燒計算7.1所需空氣量所用燃料為發(fā)生爐煤氣,其組成如下：組成COw%H2w%CH4w%C2H4w%CO2w%O2w%N2w%H2Ow%29.015.03.00.67.50.242.02.7空氣過剩系數(shù)α=1.08得理論空氣需要量故所需實際空氣量為：7.2燃燒產(chǎn)生煙氣量燃燒所生產(chǎn)的理論煙氣量為：實際煙氣量：7.3燃燒溫度先根據(jù)發(fā)生爐煤氣組成計算其低位熱值：空氣預(yù)熱帶入的物理熱：燃料預(yù)熱帶的物理熱：每標準立方米燃燒產(chǎn)物所具有的熱含量：隧道窯溫度介于1300℃~1400℃，燃燒產(chǎn)物中各組分在實際溫度下的定壓比熱為：1300℃2.31571.79071.42901.51231400℃2.34041.81501.43731.52191300℃燃燒產(chǎn)物熱含量為其中各組分熱含量之總和1400℃燃燒產(chǎn)物熱含量為其中各組分熱含量之總和故量熱計溫度為：取隧道窯高溫系數(shù)η=0.80，則實際燃燒溫度為：＞1300℃設(shè)計合理8隧道窯熱平衡計算本次計算選用1小時為計算基準，以0℃作為基準溫度。預(yù)熱帶、燒成帶的熱收入和熱支出項目如下所示：Q’3Q’3Q1Q2Q’’Q’’3Q4QQ8Q9Q9Q5QQ6Q11Q7QQ11Q7Q12Q13Q108.1預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡8.1.1燃料化學(xué)熱式中，B—每千克制品燃料消耗量，Kg/Kg或m3/Kg；—燃料的低位熱值，KJ/Kg或KJ/m3。8.1.2燃料的顯熱式中，C2—燃料的比熱，KJ/(Kg·℃)或KJ/(m3·℃)；t2—燃料入窯時的平均溫度，℃。KJ/Kg8.1.3助燃空氣的顯熱全部助燃空氣為一次空氣。Q3=VαCαTα式中，Vα—入窯助燃風流量，m3/h；前面燃燒部分計算得：Va=La×B=2.30B；Tα—入窯助燃風的平均溫度，℃；Tα=20℃；Cα—入窯助燃風的平均比熱容，KJ/（Kg·℃）；查表，Tα=20℃助燃風時平均比熱容為：Cα=1.30KJ/（Kg·℃）；Q3=VaCaTa=2.30B×1.30×20=59.8BKJ/Kg8.1.4入窯坯體帶入顯熱式中，G4—入窯時含1kg干坯體的濕坯質(zhì)量，Kg/Kg；Wr—入窯濕坯體所含的相對水分，%；t4—入窯坯體溫度，℃；、—分別表示干坯體及水分的比熱，KJ/（Kg·℃）。KJ/Kg8.1.5坯體物化反應(yīng)過程所需的熱量式中，—自由水分蒸發(fā)耗熱；—結(jié)構(gòu)水脫水吸熱；G7—入窯濕坯體質(zhì)量，Kg/Kg,G7=G4Wr—入窯濕坯體相對水分，%2490—0℃、1Kg水蒸發(fā)所需熱量，KJ/Kg；1.93—煙氣離窯時水蒸氣平均比熱，KJ/(Kg·℃)；t7—煙氣離窯時的溫度，℃；K1—坯體中結(jié)構(gòu)水百分含量，q—坯體中結(jié)構(gòu)水脫水吸收熱量，KJ/Kg。Q7=1.019×0.019×(2490+1.93×250)+1.019×(1-0.019)×10%×6700=727.31KJ/Kg8.1.6制品出燒成帶帶出的顯熱Q8=G8C8t8式中，G8—出燒成帶制品的質(zhì)量，G8=G4(1-Wr)(1-K2)；K2—坯料灼減，%；C8—出燒成帶制品比熱，KJ/(Kg·℃)，查手冊[11]，C8=1.20KJ/(Kg?℃)；t8—出燒成帶制品溫度，℃。G8=1.019×0.981×(1-0.03)=0.969KgQ8=0.969×1.2×1300=1511.64KJ/Kg8.1.7其它熱量因窯車襯磚及金屬件帶入顯熱Q5，預(yù)熱帶吸入常溫空氣帶入的顯熱Q6，其它物化反應(yīng)，窯車襯磚及金屬物件出燒成帶時帶出的顯熱Q9，窯體散熱損失Q10，燃料不完全燃燒損失Q12，出窯燃氣帶走的熱量Q11，窯體開孔輻射及向窯外漏氣的熱損失Q13，的熱量不大，故可忽略不計。由以上各部分可得相應(yīng)的熱平衡為：Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=Q7+Q8+Q9+Q10+Q11+Q12+Q13即6726.5B+29B+59.8B+20.02=727.31+1511.64B=0.326m3/kg每千克制品燃料消耗量為0.326m3/kg。8.2冷卻帶的熱平衡計算本次計算選用1小時為計算基準，以0℃作為基準溫度。以冷卻帶為計算范圍。冷卻帶熱平衡示意圖：8.2.1燒成帶制品帶入顯熱Q14=Q8=1511.64KJ/Kg8.2.2窯車襯磚及金屬件帶入顯熱Q15=Q9，忽略不計8.2.3冷卻制品用空氣帶入顯熱Q16=V16C16t16式中，V16—入窯空氣量，待求值，m3/Kg；C16—入窯空氣比熱，KJ/(m3·℃)，C16=1.211KJ/(m3·℃)t16—入窯空氣溫度，℃。Q16=V16×1.211×20=24.22V16KJ/Kg8.2.4出窯制品帶走顯熱Q17=G8C17t17=0.969×0.896×60=52.09KJ/Kg8.2.5熱空氣從冷卻帶帶走熱量該隧道窯不用冷卻帶熱空氣作二次空氣，故熱空氣抽出量為冷卻空氣鼓入量。設(shè)抽送干燥器用的空氣溫度為300℃，此溫度下的空氣平均比熱為C19=1.38KJ/(m3·℃)，故Q19=V16C19t19=V16×1.38×300=414V16由以上各部分可得相應(yīng)的熱平衡為：Q14+Q15+Q16=Q17+Q18+Q19+Q20+Q211511.64+24.22V16=52.09+414V16V16=3.75m39全窯熱平衡及熱效率9.1全窯熱平衡將預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶熱平衡聯(lián)合起來，即為全窯熱平衡。全窯熱平衡示意圖：熱平衡可用下式表示：Q1+Q2+Q4+Q5+Q6+Q16=Q7+Q11+Q12+Q17+Q18+Q10+Q20+Q13+Q21+熱收入熱支出項目(KJ/Kg)（%）項目(KJ/Kg)（%）燃料化學(xué)熱Q12192.83992.8坯體物化反應(yīng)所需熱量Q7727.3131.19燃料的顯熱Q29.4540.4出窯制品帶走顯Q1752.092.23入窯坯體帶入顯熱Q420.020.85熱空氣從冷卻帶帶走熱量Q191552.566.58冷卻制品用空氣帶入的顯熱Q16140.4765.9總計2362.789100總計2331.91009.2隧道窯熱效率綜上所述，該窯的工作系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)等各方面合理，熱耗最大項為燒成時的耗熱。應(yīng)提高裝窯密度，設(shè)置各類型的熱交換裝置，選用隔熱護襯盡量減少熱量散失，采用先進技術(shù)控制窯爐操作等措施提高窯爐熱效率。10燒嘴選用及燃燒室計算10.1燒嘴選用每小時燃料消耗量為：V=0.326×39=12.714m3由于全窯共有16只燒嘴，則每個燒嘴的燃料消耗量為：0.795m3/h考慮每個燒嘴的燃燒能力和燒嘴燃燒的穩(wěn)定性，取安全系數(shù)1.5。所以每個燒嘴的燃燒能力為：1.25×0.795=1.0m3WDH—TCC型高速燃燒器技術(shù)性能參數(shù)：型號熱負荷x104kcal/h燃氣流量m3/h助燃空氣最高溫度(℃)FSTY壓力Pa溫度風量TCC1110201.20.51500-3500常溫-350241800TCC2220402.4148TCC4440804.8296所以選用WDH—TCC2-Y型高速燒嘴，與其配合的燒嘴磚厚為230mm。10.2燃燒室的計算每立方米燃燒空間每小時能發(fā)出1.25×106KJ。燃燒室體積：預(yù)熱帶處燃燒室深為：L=窯墻厚-燒嘴磚厚=560-230=330mm預(yù)熱帶處燃燒室面積為：取預(yù)熱帶處燃燒室寬B為四個半磚寬，即4×（磚寬+灰縫）=4×(0.113+