隧道窑说明书全解.docx
- 文档编号:29270613
- 上传时间:2023-07-21
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:142.48KB
隧道窑说明书全解.docx
《隧道窑说明书全解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《隧道窑说明书全解.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
隧道窑说明书全解
目录
1设计任务书及原始资料5
1.1景德镇陶瓷学院毕业设计(论文)任务书5
1.2原始数据6
2主要尺寸的确定8
2.1棚板和立柱的选用8
2.2装车方法及窑车车面尺寸8
2.3窑长及各带长9
3工作系统的确定10
4窑体材料的确定11
4.1窑墙11
4.2窑顶12
5 燃烧计算14
5.1燃烧所需空气量14
5.2燃烧产生烟气量14
5.3燃烧温度15
6 物料平衡计算16
7热平衡计算17
7.1预料带、烧成带热平衡计算17
7.2 冷却带热平衡计算21
9 工程材料概算31
10后记33
11参考文献34
1设计任务书及原始资料
1.1景德镇陶瓷学院毕业设计(论文)任务书
院(系)热能动力工程09年1月8日
专业
热能与动力工程
班级
热工05
学生姓名
郑小涛
指导教师
周露亮
题目
年产10万件陶瓷缸液化石油气隧道窑设计
主要研究内容和设计技术参数:
1、产品名称及规格:
陶瓷缸,规格:
φ580×800产品质量为66kg
2、产量:
10万件/年;
3、年工作日:
330天;
4、燃料:
液化石油气;
5、烧成合格率:
90%;
6、坯体入窑水分:
0.5%;
7、烧成周期:
19小时;全氧化气氛
8、烧成温度:
1300℃,
9、坯料组成:
SiO2AL2O3CaOMgOFeOK2ONa2OTiO2灼失
65.720.040.320.230.343.120.204.94.8
基本要求(含成果要求):
1、认真思考,独立完成;
2、编写详细设计说明书,含设计计算、材料概算等并要求应用计算机计算、处理和分析。
说明书采用学院规定的统一格式,一律用A4纸打印;
3、绘制窑炉设计部分图纸;
4、全部AutoCAD制作的图纸,要求视图关系正确、尺寸标注完整,图纸中阿拉伯数字和汉字的书写等必须符合相关国标;
工作进度计划:
1、第1~4周:
毕业实习,收集相关资料;
2、第5~6周:
查找资料,确定方案;
3、第7~8周:
进行初步设计计算;
4、第9~10周:
详细计算并设计草图;
5、第11~14周:
完成全部图纸;
6、第15周:
编制设计说明书;
7、第16周:
整理全部材料,准备答辩。
1.2原始数据
1.2.1入窑水分0.5%
1.2.2线收缩率10%
1.2.3产品合格率90%
1.2.4烧成周期19小时
1.2.5最高烧成温度1300℃
1.2.6气氛制度全氧化气氛
1.2.7制品陶瓷缸
1.2.8燃料液化石油气QDW=22000KCal/Nm3
1.2.9年工作日330天/年
1.2.10气象资料
夏季气压:
749mmHg
夏季最高温度:
36℃冬季最低温度:
-7℃
1.2.11烧成工艺确定(见图(1-1)烧成温度曲线)
20~1050℃6.84小时预热带
1050~1300℃5.64小时烧成带
1300~1300℃1.20小时烧成带
1300~700℃3.04小时冷却带
700~500℃0.76小时冷却带
500~80℃1.52小时冷却
图(1-1)烧成温度曲线
2主要尺寸的确定
2.1进窑坯体的尺寸
产品规格:
φ580×800
线收缩率10%
进窑坯体的直径φ=产品直径÷(1-烧成收缩率)=580/(1-10%)=644.4mm
进窑坯体的高度h=产品高度÷(1-烧成收缩率)=800/(1-10%)=888.9mm
进窑坯体的规格φ644.4×888.9mm
2.2棚板和立柱的选用
由于考虑到采用的燃料为液化石油气,进过净化处理不会污染制品;烧制的产品为陶瓷缸,采用裸烧方式即可满足要求。
选用棚板的材料是堇青石-莫来石,立柱的采用的是碳化硅空心方立柱,其体积密度为2.0g/cm3。
棚板尺寸:
640×600×50mm
立柱高:
597mm
2.3装车方法及窑车车面尺寸
2.3.1装车方法
为了装车方便,并使窑内温度均匀,快速烧成,采用单层装车的办法,即窑车只放一层制品。
在窑的长度方向上设3块棚板,宽度方向设3块棚板。
棚板间的间隙在长度方向上为30mm,在宽度方向上为30mm。
根据装车方法确定窑车车面尺寸为:
1990×2020mm。
2.3.2窑车
窑内容车数30辆,则
推车时间:
19×60/30=38min/车;推车速度:
60/38=1.6车/小时。
窑车架高233mm,窑车衬面用四层65mm的轻质高铝砖,灰缝3mm最上面铺2层70mm耐火纤维毯。
窑车总高为:
233+68×4=505mm。
2.3.3确定窑截面的尺寸
根据窑车和制品的尺寸,窑内宽(预、冷)B取2160mm,为改善传热,烧成带加宽140mm,则烧成带内宽为2160+140=2300mm。
窑内侧墙高(窑车装在面至拱脚)根据制品最大尺寸(并保留空隙)定为1182mm。
拱心角a取30°,则拱高ƒ=0.08B=0.08×2300=183mm。
为了避免火焰直接冲击制品,在车面与棚板间留火道,其高度为200mm高的火道。
2.3.4窑车车面上窑墙高设计
由窑车棚板面至窑顶设计尺寸:
预热带:
1140mm烧成带:
1365mm冷却带:
1135mm
2.4窑长及各带长
2.4.1窑长的确定
每车装载制品数为9件。
窑长L==
=
m
窑内容车数:
n=59.8/2.02=29.6辆,取30辆。
则窑车有效长为:
30×2.02=60.6m,最终确定窑长为60m
全窑不设进车和出车室,所以总车数30+30=60辆。
2.4.2各带长度的确定
根据烧成曲线:
预热带长=(预热时间×总长)/总烧成时间=21.6m
烧成带长=(烧成时间×总长)/总烧成时间=21.6m
冷却带长=(冷却时间×总长)/总烧成时间=16.8m
2.4.3全窑高
窑全高(轨面至窑顶):
预热带、冷却带为1140+529+200+230+214=2313mm;烧成带为1541+529+512+218=2800mm。
3工作系统的确定
3.1排烟系统
为了更好的利用烟气的热量能,采用准分散排烟的方式。
在预热带1~8节设7对排烟口,烟气由各排烟口经窑墙内水平烟道进入窑内垂直烟管,经各个排烟分管汇总到排烟总管由排烟机抽出,一部分送干燥房,其余从烟囱排入大气。
3.2气幕的设定
1号车位窑头设封闭气幕。
考虑到烟气温度不是很高,故窑顶采用三根风管,中间一根风管抽出烟气,两边的打入冷风,出风与进车方向成45度角;窑二侧墙内竖插管道,管壁开孔与进车方向成45度角。
封闭气幕的风源为外界空气。
在16节搭18节设急冷气幕,冷风由窑墙两边的急冷风支管经19对急冷风口打入,气体喷出方向与窑内气体流动方向成90°,窑尾设置一道窑尾快冷风气幕,同时也作为窑尾封闭气幕,窑顶采用钢板风盒。
3.3燃烧系统
在预热带至烧成带的7-15节相错布置对26烧嘴;在第7节后端至第九节窑车的车台面下每800mm布置一支烧嘴;在第10接车台面下每600mm布置一支烧嘴;在11至15节窑车车台面及窑墙上部每600mm布置一支烧嘴,每节4对烧嘴。
助燃风全部为缓冷带抽出的热风。
3.4冷却系统
3.4.1急冷段
为了缩短烧成时间,提高制品质量,坯体在700°以前应该急冷。
采用直接急冷方式,在窑墙的两侧上下设置19对喷风嘴,上9个下10个,急冷风支管直径d=48mm,直接向窑内喷入冷风。
3.4.2缓冷段
缓冷采用间壁冷却的形式,在19后段至22节前段设置中空墙为间壁冷却。
间壁才用δ=2.5mm耐热不锈钢板。
并设置12对抽热口。
3.4.3快冷段
在22节后段至24前段分上下两排设置16对快冷喷风口,气源为外界空气。
并在顶部设置抽热口,由抽热风机送至干燥室和坯房。
3.5观火孔
在每个烧嘴对面设置一个观火孔,直径为40mm以方便观察火焰的效果和烧嘴的工作情况。
3.6其它结构
在预热带第6节末端设置一对漏沙槽,为了利于处理窑炉出现的事故,故全窑在15节末端设置一对事故处理口。
测温孔:
全窑共设置16个测温口,在第2、4、6、8、10、18、20、24各放置一支K型热电偶,12、13、15节窑体上下个放置1支R型热电偶10节也放置一支R型。
4窑体材料的确定
4.1确定窑体的材料及厚度。
以下各层材料及厚度汇总如下表:
表4-1 各层材料及厚度汇总表(mm)
窑体位置
1——6节19——25节
材质
最高使用温度
导热系数
厚度
窑顶
内衬
聚轻高铝砖
1450℃
0.4
150mm
保温
1050℃保温毯
1050℃
0.04
40mm
7——9节
内衬
聚轻高铝砖
1450℃
0.4
230mm
保温
1260℃保温毯
1260℃
0.1
20mm
保温
1050℃保温毯
1050℃
0.04
20mm
10——18节
内衬
JM26莫来石砖
1400℃
0.33
230mm
保温
1260℃保温毯
1260℃
0.1
20mm
保温
1050℃保温毯
1050℃
0.04
20mm
内衬
珍珠岩
1000℃
0.52
80mm
保温
1050℃保温毯
1050℃
0.04
20mm
窑体位置
1——6节
窑墙
内衬
聚轻高铝砖
1450℃
0.4
230mm
保温
1050℃纤维毡
1050℃
0.15
40mm
保温
1050℃纤维毡
1050℃
0.15
50mm
保温
1050℃纤维毡
1050℃
0.15
70mm
7——9节
内衬
聚轻高铝砖
1450℃
0.4
230mm
内衬
漂珠砖
1670℃
0.30
65mm
保温
1260℃保温毯
1260℃
0.1
25mm
保温
1260℃保温板
1260℃
0.1
20mm
保温
1050℃纤维毡
1050℃
0.15
50mm
10——16节
内衬
JM26莫来石砖
1400℃
0.33
230mm
内衬
聚轻高铝砖
1450℃
0.4
115mm
保温
1260℃保温毯
1260℃
0.1
25mm
保温
1050℃保温毯
1050℃
0.04
25mm
保温
1050℃纤维毡
1050℃
0.15
50mm
17——18节
内衬
JM26莫来石砖
1400℃
0.33
230mm
保温
1260℃保温毯
1260℃
0.1
20mm
保温
1260℃保温板
1260℃
0.1
50mm
保温
1050℃纤维毡
1050℃
0.15
55mm
19——25节
内衬
聚轻高铝砖
1450℃
0.4
230mm
保温
1050℃纤维毡
1050℃
0.15
50mm
保温
1050℃纤维毡
1050℃
0.15
85mm
4.2校验选材的合理性
选取烧成带最高问的为例进行校验
计算依据
选择材料校核计算,首先确定所用的材料是否符合允许的最高温度。
各材料的使用温度都低于耐火度,都可以使用。
陶瓷窑炉的散热包括以下三个传热过程:
高温流体与平壁内表面之间的对流传热和辐射传热;
平壁内部的导热;
平壁外表面与低温流体之间的对流传热和辐射传热。
由于在这种情况下的综合传热计算很难准确获得高温流体的温度以及高温流体与平壁内表面的对流辐射传热系数。
因此,在实际的窑炉的计算中,例如窑炉壁散热损失计算中,通常采用下列公式进行计算:
对流辐射换热系数计算公式:
α=Aw(
-ta)0.25+4.56[
4/100-
4/100]/(
-ta)(5-1)
窑墙计算中Aw取2.56,窑顶计算中Aw取3.26,窑底计算中Aw取2.1.
最大热流量:
q=α(
-ta)=14×(80-20)=840W/m2(5-2)
导热公式:
q=(
-
)/(δ1/λ1+δ2/λ2)(5-3)
5 燃烧计算
5.1燃烧所需空气量
该窑采用的燃料为液化石油气,查工业窑炉手册[11]液化石油气低发热量
在本设计中取平均热值QDW=22000KCal/Nm3即QDW=92000kJ/Nm3
理论需氧量理论空气量
因为是气体燃料,取空气过剩系数a=1.1
则实际空气量:
Va=a×Va0=1.1×24.61=27.07Nm3/Nm3
5.2燃烧产生烟气量
5.2.1理论烟气量
理论烟气量
5.2.2实际烟气量
Vg=Vg0+(a-1)Va0=26.47+(1.1-1.0)×24.61=28.93Nm3/Nm3
5.3燃烧温度
5.3.1计算理论燃烧温度
=(QDw+VaCata+CfTf)/(VC)
查表在t=1900℃时的烟气比热为C=1.67kJ/(Nm3•℃),在室温20℃时空气比热为Ca=1.30kJ/(Nm3•℃),液化石油气的比热为Cf=3.0kJ/(Nm3•℃),代入公式得
t=(92000+37.07×1.30×20+3.0×20)/(28093×1.67)=1920℃
相对误差为:
(1920-1900)/1920=0.52%<5%,认为合理。
取高温系数n=0.8,则实际燃烧温度为0.8×1920=1536℃,比烧成温度高出236℃以上,认为合理。
6 物料平衡计算
6.1每小时烧成干制品的质量
Gm==600×1.6=960kg/h
每小时进1.6车,每车装载制品600kg
6.2每小时入窑干坯的质量
G1=Gm·
=960×
=1008kg/h
6.3每小时欲烧成湿制品的质量
G2=G1·
=1008×
=1018kg/h
6.4每小时蒸发的自由水质量
GW=G2-G1=1018-1008=10kg/h
6.5每小时从精坯中产生的CO2质量
6.5.1每小时从精坯中引入的CaO和MgO质量计算
Gc
o=G1·CaO%=1008×0.32%=3.23kg/h
G
=G1·MgO%=1008×0.23%=2.32kg/h
6.5.2产生的CO2质量
Gco
=Gc
o·
+G
·
=5.09kg/h
6.6每小时从精坯中排除结构水的质量Gip
Gip=G1×IL%-Gco
=1008×4.8%-9.55=43.29kg/h
6.7窑具的质量Gb
每车有16个支柱,12个横梁,9块棚板。
共重约200kg
Gb=200×1.6=320kg/h
7热平衡计算
7.1预料带、烧成带热平衡计算
计算基准:
基准温度0℃
时间基准1小时
热平衡示意图如下。
图7-1 预热带烧成带热平衡框图
7.1.1热收入项目
7.1.1.1制品带入显热Q1
每小时入窑湿制品质量G0=1008/(1-0.01)=1018㎏/h
入窑制品温度t1=40℃此时制品的比热C1=0.92kJ/(㎏•℃)
则:
Q1=G0×C1×t1=1018×0.92×40=37462.4(kJ/h)
7.1.1.2棚板、立柱带入显热Q2
每小时入窑棚板、立柱质量Gb=320kg/h
入窑棚板、立柱温度t1=40℃,
则此时棚板、立柱的比热C1=0.851kJ/(kg•℃)
则:
Q2=Gb×C2×t2=320×0.851×40=10892.8(kJ/h)
7.1.1.3燃料带入的化学显热Qf
Qd=92000kJ/Nm3
入窑液化石油气温度:
tf=20℃,此时液化石油气平均比热cf=3.0kJ/(Nm3·℃)
则:
Qf=x(Qd+cf×tf)=x(92000+3.0×20)=92060x(kJ/h)
7.1.1.4助燃空气带入显热Qa
全部助燃空气作为一次空气,燃料燃烧所需空气量已求得:
Va=27.07xNm3/Nm3
助燃空气温度ta=200℃,此时空气平均比热ca=1.30kJ/(Nm3·℃)
则:
Qa=Va×ca×ta=27.07x×1.30×200=7038.2x(kJ/h)
7.1.1.5从预热带不严密处漏入空气带入显热Qb
取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.5,已求出理论空气量Va0=24.61Nm3/Nm3
烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.1。
Va/=x×(ag-af)×Va0=x(2.5-1.1)×24.61=34.454x(Nm3/h)
漏入空气温度为ta/=20℃
此时Ca/=1.30kJ/(Nm3·℃)
则:
Qa/=Va/×Ca/×ta/=34.454x×1.30×20=895.80x(kJ/h)
7.1.1.6气幕带入显热Qm
气幕包括封闭气幕和搅拌气幕,封闭气幕只设在窑头,不计其带入显热。
不设搅拌气幕
Qm=0(kJ/h)
7.1.2热支出
7.1.2.1产品带出显热Q3
出烧成带产品质量:
G3=960Kg
出烧成带产品温度:
t3=1300℃
查手册[11],此时产品平均比热:
C3=1.20kJ/(kg•℃)
则:
Q3=G3×C3×t3=960×1300×1.20=1497600(kJ/h)
7.1.2.2棚板、立柱带出显热Q4
棚板、立柱质量:
G4=320kg/h
出烧成带棚板、立柱温度:
t4=1300℃
此时棚板、立柱的平均比热:
C4=0.84+0.000264t=0.84+0.000264×1300=1.18kJ/(kg·℃)
则:
Q4=G4×C4×t4=320×1.168×1300=490880(kJ/h)
7.1.2.3烟气带走显热Qg
烟气中包括燃烧生成的烟气,预热带不严密处漏入空气外,还有用于气幕的空气。
用于气幕的空气的体积Vm=0(Nm3/h)
离窑烟气体积:
Vg=[Vg0+(ag-1)×Va0]x+Vm烟气温度为250℃
此时烟气比热Cg=1.44kJ/(Nm3·℃)
则:
Qg=Vg×Cg×tg={[28.93+(2.5-1)×24.61]x+0}×1.44×250=22818.24x(kJ/h)
7.1.2.4窑顶、窑墙散热Q5
根据各段材料不同,并考虑温度范围不能太大,将预热带和烧成带分成三段计算窑墙平均高度(2310+2800)/2=2565mm
窑顶平均宽度(2940+3200)/2=3070mm
20-600℃长14.4米,平均温度310℃,外壁温度80℃
q1=
=
=136.7W/m
q2=
=
=109.00W/m
Qa=136.7×3.07×14.4+109×2.56×14.4×2=14079.58(kJ/h)
600-900℃长7.2米,平均温度750℃
q3=
=
=382.86W/m
q4=
=
=327.63W/m
Qb=382.86×3.07×7.2+327.63×2.56×7.2×2=20540.49(kJ/h)
900-1300℃长14.4米,平均温度1100℃
q5=
=
=497.56W/m
q6=
=
=419.75W/m
Qc=497.56×3.07×14.4+419.75×2.56×14.4×2=52943.46(kJ/h)
Q5=Qa+Qb+Qc=14079.58+20540.49+52943.46=87563.53(kJ/h)
7.1.2.5窑车积蓄和散失之热Q6
取经验数据,占热收入的20%。
7.1.2.6物化反应耗热Q7
自由水的质量Gw=10kg/h
烟气离窑的温度tg=250℃。
制品中AL2O3含量为22.5%
则可得:
Q7=Qw+Qr=10×(2490+1.93×250)+43.29×2100×0.225=50179.53(kJ/h)
7.1.2.7其他热损失Q8
取经验数据,占热收入的5%。
7.1.2.8列出热平衡方程
由热平衡方程:
热收入=热支出,有
Q1+Q2+Qf+Qa+Qb+Qm=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q8
解得x=39.88Nm3/h
单位燃耗:
39.88/960=0.0415(标准立方米/千克瓷)
单位热耗:
0.0415×92000=3821.83(千焦/千克瓷)
7.1.2.9预热带、烧成带热平衡表预热带、烧成带热平衡表如表7-1所示。
表7-1 预热带、烧成带热平衡表
热收入
热支出
项 目
(kJ/h)
(%)
项 目
(kJ/h)
(%)
坯体带入显热
37462.4
0.93
产品带走显热
1497600
37.02
燃料化学显热
3671352
90.96
烟气带走显热
909991.4
22.50
助燃空气显热
280683.4
6.95
窑墙、窑顶带走显热
87563.5
2.16
漏入空气显热
35724.5
0.89
物化反应耗热
50179.5
1.24
棚板、立柱带入显热
10892.8
0.27
棚板、立柱带出显热
490880
12.13
气幕显热
0
0
窑车积、散热
807223.2
19.96
其它热损失
201805.8
4.99
总 计
4036115.9
100
总 计
4045243.4
100
7.2 冷却带热平衡计算
计算基准:
基准温度0℃
时间基准1小时
热平衡示意图7-2
图7-2 冷却带热平衡框图
7.2.1热收入项目:
7.2.1.1制品带入显热Q3
此项热量即为预热、烧成带产品带出显热Q3=1497600(kJ/h)
7.2.1.2棚板、立柱带入显热Q4
此项热量即为预热、烧成带棚板、立柱带出显热Q4=490880(kJ/h)
7.2.1.3窑车带入显热Q9
预热带、烧成带窑车散失之热占积、散热的5%,而95%的积热进入冷却带。
则:
Q9=0.95×Q6=807223.2×0.95=766862.04(kJ/h)
7.2.1.4急冷风与窑尾风带入显热Q10
设窑尾风风量为Vx,一般急冷风量为窑尾风量的(1/2-1/4),本设计取急冷风是窑尾风的1/2,则急冷风与窑尾风的总风量为:
1.5Vx。
空气的温度ta=20℃,此时空气的平均比热ca=1.30kJ/(Nm3·℃).
则:
Q10=Va×ca×ta=1.5Vx×1.30×20=39Vx(kJ/h)
7.2.2热支出项目:
7.2.2.1产品带出显热Q11
出窑产品质量G11=960㎏
出窑产品温度t11=80℃,产品比热C11=0.896kJ/(kg·℃)
Q11=G11×C11×t11=960×80×0.896=68812.8(kJ/h)
7.2.2.2棚板、立柱带出显热Q12
出窑棚板、立柱
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 隧道窑 说明书