辊道窑设计计算指导书.docx
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辊道窑设计计算指导书
辊道窑设计计算指导书
辊道窑的设计计算包括:
窑体主要尺寸计算,燃料燃烧计算、热平衡计算、通风阻力计算等。
一、原始资料收集
设计前必须根据设计任务收集所需的原始资料,设计原始资料如下:
1、产量:
年产270000m瓷砖。
2、产品规格:
100X200X7,200X200X8,200X300X8,300X300X9(mm)
3、年工作日:
300天
4、燃料:
半水煤气,热值5233.8kJ/m,压力0.1—0.16MPa,供气量800m*/h。
5、坯入窑含水量:
w2%
6、原料组成:
中粘性土,低粘性土,风化长石各占30%。
还有适量低温溶剂原料。
7、烧成制度
(1)温度制度
1烧成周期:
72min
2各带划分:
烧成周期比原引进WELKO公司辊道窑60min增加12min,12min全部用于增加预热及冷却
时间,而高温烧成时间仍按原设计不变。
各段温度与时间划分如表1。
表1各段温度的划分与升温速率
名称
温度厂C
时间/min
升温速率/C・min
长度比例/%
窑前段
40~350
9.2
22.8
18
预热带
100~1050
25
26
33
烧成带
1000~1245
12
16.25
18
冷却带
1245~80
25.8
45.16
36
合计
72
100
选择全窑氧化气氛辊道窑,利用余热干燥生坯和进窑坯,热效率高;温度控制准确、稳定;传动用传统链条传动,磨擦式联接辊筒,传动平衡,维护方便,无级调速,控制灵活。
三、窑体主要尺寸的计算
1、窑内宽:
这里以200mn¥200mm产品进行计算,取内宽1.5m,可并排6片砖。
2、内高取:
第1—3节、19-23节:
582mm第4-18节;825mm
3、窑长:
按式(1—2)计算窑容量:
270000X—
凹-=50(^J每窑)
窑容量=一
同一列砖砖距取40mm则:
1000=1
装窑密度=(m/每m窑长)
故窑长L=50'r-
利用装配式,由若干节联接而成,设计每节长度为2120mm节间联接长度8mm总长度2128mm节数
=50000/2128=23.5节,取节数为24节。
因而窑长度为:
L=2120X24=51064mm
各带长度:
窑前段:
51064X13%=6640,取3节,长度=3X2128=6384(mm)
预热带:
51064X33%=16851,取8节,长度=8X2128=17024(mm)
烧成带:
51064X17%=8681,取4节,长度=4X2128=8512(mm)
冷却带:
51064X37%=18894取9节,长度=9X2128=19152(mm
四、工作系统
A.通风系统
在第4节窑顶及两侧下方各设置一对抽烟口(主抽烟口),设置抽烟风机A抽出烟气(抽烟管中间设
置热交换器);A风机抽岀烟气部分送入窑前段(在第3节窑顶、辊道下部设置进气口),部分经烟囱排
出;在第1节窑顶、辊道下部设置一抽风口,由窑前段抽风机抽出烟气经烟囱排空。
由助燃风机B供应燃烧器的燃烧空气;由急冷风机C供应第17节急冷空气。
在第19—21节窑顶部、下部各设置一抽热风口,第21节为主抽风口,由抽风机E抽出热风部分送入窑下面干燥器(在窑下干燥器的第19节一侧窑墙设置一进热风口),其余热风经烟囱排空。
第24节窑顶部、底部各设置一排风扇,以450向窑内吹入冷空气。
热交换风机G将冷空气送入热交换器,空气被加热后送入窑下干燥器(在窑下干燥器的第3节一侧设
置一进气口),在干燥器第1节一侧设置一抽风口,由干燥器抽风机F抽出废气经烟囱排出;在干燥器第
24节一侧设置吹冷风机。
在第5—18节,节之间辊道上、下方各设置档板,上方采用耐火纤维板吊挂,下方用高铝砖砌筑;12
节、16节在靠近窑尾处再增设一档板。
在进窑口,第3节靠近窑尾处,第3、4节,18、19节,21、22节,节之间设置闸板。
B.燃烧系统
1、烧嘴设置
在第5—16节和第18节,每节分别在辊上、下各设置两对烧嘴,辊上下烧嘴及对侧烧嘴均互相错开排
列。
在辊道上方每个燃烧器对侧窑墙分别设置一个火焰观察孔。
2、煤气输送装置煤气由升压风机升压,通过管道、阀门、总管煤气处理系统,送至各节烧嘴,助燃空气由风机通过管道、阀门送到烧嘴。
总管煤气处理系统:
汽水分离器T过滤器T过滤器T调压器。
煤气总管尺寸,参考引进窑尺寸,考虑本厂煤气热值较低及为了较好稳定煤气压力,内径选取偏大值,故内径取200mm。
C检查处理系统
第1—3节,每节分别在两侧辊上、下各设一对检查处理口,上、下对侧互相错开;第4节、17节在
两侧辊下方各设置一个检查处理口,位置靠近窑尾方向;第5—16节和第18节,每节分别在辊下方设置一个检查处理口,对侧错开;第19—23节,每节分别在两侧下方各设置3个检查处理口,对侧相对。
五、窑体材料
整个窑体由金属支架支承,窑体外壳除第4—8节的顶部外,都由金属板构成,第24节全部由金属板
表3窑体材料的选择
1、窑前段(1-3节)
(1)底部及下侧壁
材质
使用温度厂C
密度/g•cm3
导热系统/
W/(m-C)-1
厚度/mm
隔热层
耐火混凝土
900
0.35~0.81
(20〜400C)
膨胀缝
矿渣棉
700
0.012
0.45(20C)
(2)顶部及上侧壁(内壁:
金属板)
隔热层
矿渣棉
700
0.012
0.45(20C)
(3)中间辊筒部位
孔砖
轻质高铝砖(PM)-1.0
1300
1.0
0.66+8X10-5t
填充层
硅酸铝耐火纤维束
1150
0.07
0.1~0.3
2、冷却段(19—23节)
(1)底部及下侧壁
隔热层
耐火混凝土
900
0.35-0.81
(20-400C)
膨胀缝
矿渣棉
700
0.012
0.45(20C)
(2)顶部及上侧壁(内壁:
金属板)
隔热层
矿渣棉
700
0.012
0.45(20C)
(3)中间辊筒部位
孔砖
轻质高铝砖
1300
1.0
0.66+8X10-5t
填充层
陶瓷棉
1250
0.07
0.1-0.3
3、预热段、急冷区、过渡区(4-11、17-18节)
(1)底部
耐火层
轻质高铝砖
1300
1.0
0.66+8X10-5t
65
隔热层
硅藻土砖
900
|
161
膨胀缝
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.07
0.1—0.3
10
(2)顶部:
使用悬挂式吊顶结构
耐火层
轻质高铝砖
1800
1.0
0.66+8X10-5t
300
隔热层
蛭石
800
0.1
0.052—0.058
膨胀缝
硅酸铝耐火纤维束
1150
0.07
0.1-0.3
150
(3)侧部
耐火层
轻质高铝砖
1300
1.0
0.66+8X10-5t
113
隔热层
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.3
0.1—0.2
197
检查处理口
轻质高铝砖
1400
1.2
0.66+8X10-5t
压顶砖
(4)烧嘴周围
耐火层
轻质高铝砖
1400
1.2
0.66+8X10-5t
隔热层
温石棉
600
2.3
0.07
(5)中间辊筒部位
耐火层(孔砖)
轻质高铝砖
1400
1.2
0.66+8X10-5t
填充层
陶瓷棉
1350
0.07
0.1-0.3
(6)膨胀缝及结合处
膨胀缝
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.07
0.1-0.3
节间弹性连接
硅酸铝耐火纤维板
1350
0.3
0.1-0.2
4、烧成带(12-16节)
(1)底部
耐火层
轻质高铝砖,(PM-1.0)
1400
1.0
0.66+8X10-5t
130
隔热层
硅藻土砖
900
0.35-0.81
130
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.2
0.1-0.3
100
(2)顶部:
采用悬挂式吊顶结构
耐火层
轻质高铝砖
1400
1.0
0.66+8X10-5t
300
隔热层
蛭石
800
0.1
0.052-0.058
硅酸铝耐火纤维束
1150
0.07
0.1—0.3
150
(3)侧部
耐火层
轻质高铝砖(PM-1
1400
1.0
0.66+8X10-5t
113
隔热层
硅酸铝耐火纤维毡
1350
0.3
0.1—0.2
119
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.2
0.1—0.3
78
检查处理口
轻质高铝砖
1400
1.2
0.66+8X10-5t
压顶砖
(PM)-1.2
(4)烧嘴周围
耐火层
轻质高铝砖
1400
1.2
0.66+8X10-5t
隔热层
温石棉
600
2.3
0.07
(5)中间辊筒部位
耐火层(孔砖)
轻质高铝砖(PM-1.2
1400
1.2
-5
0.66+8X10t
填充层
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.07
0.1—0.3
(6)膨胀缝及结合处
膨胀缝
硅酸铝耐火纤维束
1350
0.07
0.1-0.3
节间弹性连接
硅酸铝耐火纤维毡
1350
0.3
0.1-0.2
六、燃料燃烧计算
1、空气量(标准情况下)
当Q<5233.8kJ/m3时,用经验公式:
取空气过剩系数匚二1--
实际空气量:
V==115x1.09=1.25(m/^煤气)
2、烟气量(标准情况下)
当Q<5233.8kJ/m3时,用经验公式:
理论空气量
呻丿牆f1沪⑺叫烟气砂气)
实际烟气量:
^=1.91+(1.15-1.0)X1.09=2.07(m3/m3煤气)
3、燃烧温度
Qmir+匕工」审+芒
理论燃烧温度
已知ta=tf=20C—【''-''°C),Cf=1.32kJ/(m3「C)
设tth=1500C,查有关表得Cf=1.635(kJ/m3•C)
5233.8+1.25x1.3x20+1.32x20
2.07x1.635
1564-1500X100%-4%<5%
求得温度与假设温度相对误差:
,所设合理,取高温系数
=0.85,实际温度tp=0.85X1564=1329C,比要求温度1245C高出84C,基本合理
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,这里仅以预热带、烧成带热平衡计算为例来说明其计算方法,冷却带热平衡计算在此略去。
预热带、烧成带热平衡计算的目的在于求岀燃料消耗量。
热平衡计算必须选定计算基准,这里时间以1h为计算基准,0C为基准温度。
A.热收入项目
第1-3节热源为烟气余热,即利用烟气带走显热,所以1—3节不列入热平衡计算中,但是计算时,应
以第3节坯体计算坯体带入显热,以第4节烟气温度值计算烟气带走显热。
1、坯体带入显热Q
取烧成灼减5%
Q=一—=79*8〔龍“)
入窑制品含自由水2%,湿基制品质量…'
制品入窑第4节时温度t!
=250C,入窑制品比热容
c-[二二I丄丁:
甘Q
.2=。
書血=7998x0905x250=1809芳肿〃
2、燃料带入化学热及显热Q
3
煤气低热值Qw=5233.8kJ/m
入窑煤气温度tf=20°C,20C时煤气比热溶G=1.32kJ/(m3「C)
设煤气消耗量为xm/h
Qj二兀(OuHV+匸)
二x(5233.8+1.32x20)=5260.2x(*7/A)
3、助燃空气带入显热Q
助燃空气温度ta=20C,20C时空气比热容Ca=1.30kJ/(m3•C)
助燃空气实际总量Va,总=Va•x=1.25x(m3/h)
=Va总cata=1.25xX1.3X20=32.5x(kJ/h)
4、预热带漏入空气带入显热Q
取预热带空气过剩系数'匸‘,漏入空气温度ta=20C,Ca=1.3
漏入空气总量:
1.-''-1-1■--■J.
Q==0.93xxl.3x20=24.2如")
B.热支岀项目
1、产品带岀显热Q
烧成产品质量G=G•95%=783.8X95%=744.6(kg/h)
制品出烧成带(第16节)温度t2=1245'C
制品平均比热容Q=0.84+26X10-5X1245=1.16[kJ/(kg•C)]
..=7-44Zxl.16x1245=1075351(V/A)
2、窑体散失热
1000〜1245C,
将计算窑段分为两部分,即第4—11节:
400〜1000C,取平均值700C;第12—16节:
取平均值1123C。
(1)第4—11节,窑外壁表面平均温度40C,窑内壁平均温度700Co
a.窑顶
高铝砖导热系数。
:
■'■C)
耐火纤维导热系数八_c),厚度―二—飞
1123-80
03卜川
1034.7W/朋马
热流
0.7350.25
窑顶散热面积A顶=
2^=103^17x1928x36=71816(*J/A)
b.窑墙:
高铝砖平均导热系数山'1''■■■-C),厚度J「沁
二。
卫W门x213x5=13X7(^^一侧窑墙散热面积”-
..二側窑墙散热量Q.=2x1102x13.07x36=104257(WrA)
c.窑底:
在窑下面与干燥器间装有100mm厚耐火纤维起保温作用。
高铝砖导热系数1-"r'
耐火纤维导热系数u1'c),厚度•一
二1123二£0二1042(网7加)
0J13t0J30.1'}
十^-4*
热流
0.740.402
1J;JLoip
去=-工213"二1928(/)
窑底散热面积-
..Q慝=1042x19.28x3.6=72323=42(5753(AJ/A)
窑体总散热量:
Q=62395+67423+48529+71816+104267+72323=426753(kJ/h)
3•物化反应耗热Q
(1)自由水蒸发吸热Q
自由水质量G=GG3=799.8-783.8=16.0(kg/h)
烟气离窑温度tg=400C
:
.&=(2490+1
=16x(2490+1.53k400J
(2)其余物化反应热Q
用Al2O反应热近似代替物化反应热
入窑干制品质量G=783.8kg/h,AI2Q含量=20%
2^=(73x2100x^03%
=■783.8x2100x20%
=329196(^川砖
故二:
「+:
:
:
厂.
4、烟气带走显热Q
离窑烟气总量
农=叫+(昭■吵町]x=[1.91+(2-pxl.O9]x=女(新“)
烟气离第4节窑温度tg=400°C,400C时烟气比热容Cg=1.45(kJ/m3「C)
-@二叫亡卉=3x^145k400=1740X^^)
5•其他热损失Q
根据经验占热收入的5%
Q=(Q+Q+Q+Q)x0.05
=(180955+5260.2x+32.5x+24.2x)X0.05
=9048+265.8x
C.热平衡方程
Gi+G/+氐+G=+Qi+&++Qi
180955+52602x+325x+242x
=1075351+426753+381389+1740z4-9048+265.&r
®#x=517«3/i
每小时烧成产品质量为744.6kg/h.
所以,公斤产品热耗
=—4.■
表4为预热带、烧成带热平衡表
表4预热带、烧成带热平衡表
热收入
热支岀
项目
kJ/h
%
项目
kJ/h
%
坯体带入显热
180955
6.18
产品带岀显热
1075351
36.72
燃料化学热及显热
2719523
92.82
窑炉散失之热
426753
14.57
助燃空气显热
16803
0.57
物化反应热
381389
13.02
漏入空气显热
12511
0.43
烟气带走显热
899580
30.71
其他热损失
146474
5.00
总计
2929792
100.00
总计
2929547
100.00
八、烧嘴的选择
考虑到该厂已有引进窑,选用WELKO公司HS20000型烧嘴,它由煤气喷嘴、助燃空气喷嘴和烧嘴砖组成。
煤气节流孔板孔径:
烧成带第12—16节,取直径8.7mm预热带第5-11节,取直径5.6mm
九、管道计算、阻力计算、风机选型
A.计算抽烟风机的管道尺寸、阻力损失,对风机选型
(1)管道尺寸
排烟系统需排除烟气量;
;?
+(亏一1)卍]x=[191+(2JO-1)X109]|x5l7=1551^3/h
烟气在金属管中流速兰,据经验数据取=-〔:
V'匸。
烟气抽出时实际体积V;
f二叫
(1)总烟管尺寸
内径-■''■■■--■■■II■'"-I-:
:
'
总管内径取直径为360mm长度4m
(2)分烟管尺寸
分管流量
『三矿门-充24口三12乃沪处=0.3咒觀
内径-I.■I-■:
:
|;I
分管内径取210mm长度为3.2m
(3)支管尺寸
支管流量'
V''=V/6=1.06/6=0.177(m3/s)
内径J.
=74xo.177HMx10=0.150(^
支管内径直径150mm顶部支管长定为1.1m,两侧支管长定为0.5m
(4)热交换器
热交换管选直径83mrrX3.5mm无缝钢管,内径d交=76mm长度取2m。
考虑粉尘阻塞与热交换的需要,流速士交取2m/so
热交换管条数取118条。
热交换管外表面积S=3.14X0.083X2X118=61.5(m2),引进窑热交换管外表面积为3.14X0.032X2X
397=79.8(卅),(79.8-61.5)/79.8X100%=23%新窑热交换表面积比引进窑少23%,但新窑需热交换量比
引进窑少35%以上,取118条能满足要求。
(2)阻力计算
(1)料垛阻力hi
根据经验每米窑长料垛阻力为0.5Pao
设O压在11-12节交界处,则hi=(7+0.5)节乂2.13m/节X0.5Pa=8Pa。
(2)位压阻力hg
烟气从窑炉至风机,高度升高H=1.8m,此时几何压头为烟气流动的动力即负位压阻力,烟气温度
400°Co
(3)局部阻力he
局部阻力丄由表查得:
并900急转弯:
3=1.5
分管90°急转弯:
—=1.5
分管90°圆弧转弯:
-5=0.35(r/d=2)
分管进入总管:
:
6=1.5
并90°急转弯:
=7=1.5
进入交换管:
-8=0.28
为简化计算,烟管中烟气流速均按10m/s计,烟气温度均按400'C计,虽在流动过程中烟气会有温降,
但此时流速会略小,且取定的截面积均比理论计算的偏大,故按此值算岀的局部阻力只会略偏大,能满足实际操作需要。
h(=(H-L5+L5+L5+0.35+1.54-L5)
乂——
2273-H400
=2336(Fa)
(4)摩擦阻力hf
(h
宀〕
2.140.2030352;
273…22a273
+C.05xx——x27?
十40000762273+400
=25.5(^)
烟囱阻力忽略不计(可由本身几何压头来克服)
风机应克服总阻力:
一h■-1■"二:
'--1:
1''■1'-
(3)风机选型
为保证正常工作,取风机抽力余量0.5。
所以选型应具备风压:
H=(1+0.5)X255.2=382.8(Pa)
流量取储备系数1.5,风机排出烟气平均温度250Co
=4437(^4)
选用风机时应考虑窑炉有时空气、煤气比例失调,大量增加烟气量,增大抽风阻力,热交换器粉尘阻塞,造成较大阻力,选型时全风压留有较大余地。
所选风机见表5o
B.其他系统管道尺寸确定、风机选型
根据引进辊道窑数据,结合本窑具体情况和已经计算岀来的抽烟系统的数据来确定其他系统的风管尺寸、风机型号。
省略风量计算、阻力计算。
各系统管理尺寸、风机型号规格见表5、表6o
表5窑主体系统管理尺寸、风机型号规格
项目
抽烟
助燃
急冷
抽热风
管道尺寸
/mm
总管400,分管210,支管150
总管300
直径200
总管400,分管200
风机代号
抽烟风机A
助燃风机B
急冷风机C
抽热风机E
风机名称
高温离心通风机
高压离心通风机
高压离心通风机
高温离心通风机
风机型号
W5-481-11NO5.5
5-29NO6.5
9-26-1No4
W5-481-11NO5.5
全风压/Pa
1405
8050
3930
1405
风量/m3•h-1
8060
5763
2198
8060
电机型号
Y120M-2
Y160L-2
Y132S1-2
Y120M-2
功率/Kw
22
18.5
5.5
22
转速/r•min-1
2900
3150
2900
2900
传动方式
C
C
A
C
出口方向
右00
右2700
左2700
右2700
外形尺寸
940X813X117
592X712X723
质量/kg
(不带电机)
214.5
62
表6其他系统管理尺寸、风机型号规格
系统
窑前抽风
热交换
干燥抽风
干燥吹风
管道尺寸
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