隧道窑课程设计说明书.docx
- 文档编号:7907177
- 上传时间:2023-01-27
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:262.20KB
隧道窑课程设计说明书.docx
《隧道窑课程设计说明书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《隧道窑课程设计说明书.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
隧道窑课程设计说明书
隧道窑课程设计说明书
《无机非金属材料》
课程设计
学生姓名:
学号:
181000435
专业班级:
材料10级(4)班
指导教师:
二○一三年九月四日
一、前言
隧道窑始于1765年,当时只能烧陶瓷的釉上彩,到了1810年,有可以用来烧砖或陶器的,从1906年起,才用来烧瓷胎。
最初著名的隧道窑,是福基伦式,到了1910年以后,就渐渐有了许多改进的方式。
隧道窑一般是一条长的直线形隧道,其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶,底部铺设的轨道上运行着窑车。
燃烧设备设在隧道窑的中部两侧,构成了固定的高温带--烧成带,燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下,沿着隧道向窑头方向流动,同时逐步地预热进入窑内的制品,这一段构成了隧道窑的预热带。
在隧道窑的窑尾鼓入冷风,冷却隧道窑内后一段的制品,鼓入的冷风流经制品而被加热后,再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源,这一段便构成了隧道窑的冷却带。
隧道窑与间歇式的旧式倒焰窑相比较,具有一系列的优点。
1、生产连续化,周期短,产量大,质量高。
2、利用逆流原理工作,因此热利用率高,燃料经济,因为热量的保持和余热的利用都很良好,所以燃料很节省,较倒焰窑可以节省燃料50-60%左右。
3、烧成时间减短,比较普通大窑由装窑到出空需要3-5天,而隧道窑约有20小时左右就可以完成。
4、节省劳力。
不但烧火时操作简便,而且装窑和出窑的操作都在窑外进行,也很便利,改善了操作人员的劳动条件,减轻了劳动强度。
5、提高质量。
预热带、烧成带、冷却带三部分的温度,常常保持一定的范围,容易掌握其烧成规律,因此质量也较好,破损率也少。
6、窑和窑具都耐久。
因为窑内不受急冷急热的影响,所以窑体使用寿命长,一般5-7年才修理一次。
但是,隧道窑建造所需材料和设备较多,因此一次投资较大。
因是连续烧成窑,所以烧成制度不宜随意变动,一般只适用大批量的生产和对烧成制度要求基本相同的制品,灵活性较差。
二、设计任务和原始数据
2.1设计任务
年产50万㎡素烧釉面砖隧道窑的设计
2.2课程设计原始数据
(1)生产任务:
年产50万㎡素烧釉面砖隧道窑的设计;
(2)产品规格:
152×152×5(mm);
(3)成品率:
85%
(4)坯体组成(干基):
(%)Al2O3CaOMgO其余合计
22.386.351.2370.0099.96
(5)坯体水分:
相对水分3%;
(6)装窑密度:
38.29㎡/m³,附匣钵烧,每个匣钵装50块釉面砖坯,每个匣钵和垫片共重8.52kg,每块砖坯入窑湿重0.204kg;
(7)燃料:
60号重油,Qnet,ar=37000KJ/kg,预热温度90℃;
(8)烧成制度:
1)、氧化气氛,
;
2)、烧成时间:
48小时;
3)、制品入窑平均温度85℃;
4)、制品出窑平均温度130℃;
5)、最高烧成温度1220℃;
6)、冷却带抽出热风温度200℃
7)、温度制度:
85℃-400℃-750℃-950℃-1220℃-1200℃-700℃-400℃-130℃,其中,85℃-950℃为预热带,950℃—1200℃为烧成带,1200℃—130℃为冷却带;
(9)三带长度比例:
预热带:
烧成带:
冷却带=41:
20:
39
(10)年工作日:
340天/年;
(11)总烟道内空气温度240℃(指烟囱底部温度),总烟道空气系数α=3.5;
(12)外界空气温度25℃(地下水汽较低地区);
(13)窑车高度取660mm(轨面至窑车衬砖高度),铁轨面至下拉杆高度为300mm;
(14)窑型:
明焰隧道窑。
三、窑体主要尺寸的确定
3.1隧道窑容积的计算
隧道容积是根据生产任务、成品率、烧成时间以及装窑密度四个因素决定的。
装窑密度是根据制品对焙烧过程的要求,制品的尺寸等找出最合理的装车方法而计算出来的,也可以从生产实践中收集数据。
烧成时间是由烧成曲线决定的。
生产任务和成品率都是已知的。
则:
隧道容积:
m³(3-1)
式中V—隧道容积m³;
G—生产任务,kg/h或件/h,且
;
τ—烧成时间,即坯体在窑内停留时间h;
K—成品率;
g—装窑密度,kg/m3或件/m3。
由生产任务和原始资料中可得,该隧道窑:
1)年产量:
50万㎡素烧釉面砖,2)工作日:
340天/年,
3)成品率:
85%,4)烧成时间:
48小时,
5)装窑密度:
g=38.29㎡/m³,6)产品规格:
152×152×5(mm);
根据上述(3-1)式得:
G=
;
综上所述,隧道窑容积:
;
3.2隧道窑内高、内宽、长度及各带长度计算
本次设计的思路:
1)在合理长度范围内,首先确定窑车的尺寸以及窑的长度,
2)根据窑车车长以及窑内车数直接求出窑的有效长度以及各带长度,
3)再根据窑长和制品尺寸,确定窑内宽和内高。
3.2.1隧道窑长度及各带长度计算
隧道窑的长度与烧成制度以及窑内压力制度等因素有关。
一般隧道窑长度在60到90m。
所以,应根据具体情况,从产量、质量、投资、生产费用等各方面去比较,确定。
以下计算隧道窑长度:
假设窑各带总长
,取窑车长
;
在合理长度范围内,可以假设窑各带总长L1,然后通过修正,得到有效长度,具体修正公式如下:
(n取整)(3—2)
(3—3)
其中,n—窑车的数目,l车—窑车长度,L有—窑的有效长度;
根据公式(3—2)、(3—3)得:
窑内车数
,
有效长度
,
取进车车室和出车车室的长度l1=2m,则窑长L=
80+2*2=84m;
由原始资料可知:
三带长度比例:
预热带:
烧成带:
冷却带=41:
20:
39;
则各带长度:
预热带长度
;
烧成带长度
;
冷却带长度
。
综上所述,隧道窑长度为84m,预热带长度32.8m,烧成带长度16m,冷却带长度31.2m。
3.2.2隧道窑内高、内宽计算
隧道窑的内宽与内高根据窑的断面温度分布均匀性、制品规格、工人操作方便等因素由经验确定。
目前一般内高在1-2m(快速烧成的隧道窑内高较低),内宽在1-2m,顶烧隧道窑的宽度则较此数大。
以下确定隧道窑内宽和内高:
由隧道窑的长度和体积可得隧道窑的截面积,即:
(3—4)
其中,F—隧道窑的截面积;
隧道窑截面积与内宽及内高之间的关系:
(3—5)
其中,H—窑车车面与拱脚的距离,B—窑内宽度,f—拱高;
取窑内宽度B=1.05m,拱心角口α=60°,则f=0.134B;
根据式(3—4)、(3—5)可得:
综上所述,窑内宽度为1.05m,窑内高度为1.12m。
四、工作系统的安排
工作系统的确定原则是要满足制品的焙烧要求,减少窑内温差,加速传热和充分利用余热,便于施工以及操作控制等。
具体设计过程中遵循如下规律:
1)排烟口的个数与窑车数相当,
2)预热带排烟系统长度占预热带长度的65%-80%,
3)预热带气幕气孔设2-3道,
4)烧成带燃烧系统燃烧室先疏后密。
4.1预热带工作系统
取排烟系统长度占预热带长度的比λ=70%,此时有l排=λl预=22.96m,
则排烟口个数y1=14个;
在预热带2-15号车位设14对排烟口,每车位一对。
烟气通过各排烟口到窑墙内的水平烟道,由8号车位的垂直烟道经窑顶金属管道至排烟机,然后由铁皮烟囱排至大气。
排烟机及铁皮烟囱皆设于预热带窑顶的平台。
在1号、4号、7号车位有三道气幕。
其中1号车位气幕为封闭气幕,窑顶和侧墙皆开孔,气体喷出方向与窑内气流成90。
角。
4号和7号车位为扰动气幕,气体
由窑顶喷出,方向与窑内气流成150。
角。
用作气幕的气体从冷却带的间接冷却部位抽出。
4.2烧成带工作系统
烧成带长度l烧=16m,窑车长度l车=1.6m,则有燃烧室对数y2=10对;
在烧成带21号-30号车位设10对燃烧室,先疏后密,两侧相对排列。
助燃空气不预热,由助燃风机直接抽车间冷空气,并采用环形供风方式,使各烧嘴前压力基本相同。
4.3冷却带工作系统
冷却带在32-35号车位处,有7m长的间壁急冷段,由侧墙上的小孔直接吸人车间冷空气,冷却气体流动方向与窑车前进方向相同(顺流)。
从换热观点,逆流冷却效率高,但砖砌体易漏风,逆流漏进的冷风和700℃左右的产品接触,易急冷至更低温度,达到SiO2晶形转化温度而使产品开裂。
所以要采用顺流。
该处窑顶自31-35号车位有8m长的二层拱间接冷却,冷空气亦由窑顶孔洞处自车间吸入。
由间壁、二层拱抽出来的热空气经窑顶上金属管道送往预热带作气幕。
这里只作为计算例题,实际上该段应采用直接风急冷或直接、间接相结合,将丙层拱抽来的热气再喷入窑内作急冷,可防止大件产品炸裂。
自37-46号车位设9对热风抽出口,每车位一对。
热空气经过窑墙内的水平热风通道,于41号车位处用金属管道由热风机抽送干燥。
窑尾50号车位处,由冷却风机自窑顶和侧墙集中鼓入冷却空气。
车下自21—41号车位,每隔3.2m设一个冷却风进风口,由车下冷却风机分散鼓风冷却,并于8号车位处由排姻机排走。
烧成带前后,即20号、31号车位处,设两对事故处理口。
全窑无检查坑道。
五、窑体材料以及厚度的确定
根据上述原则,确定窑体的材料及厚度如下表。
材料及厚度确定后可进行材料的概算。
确定全窑的材料消耗量。
温度范围℃
长度范围m
窑体材料m
窑体材料m
I等粘土砖
Ⅱ等粘土砖
轻质粘土砖
红砖
I等粘土砖
Ⅱ等粘土砖
轻质粘土砖
粒状高炉渣
红砖
钢筋混粘土
进车室
(2)
0.240
0.05
85~400
0~8.6
0.230
0.230
0.235
0.235
0.495
0.495
0.230
0.230
0.075
0.075
0.120
0.120
0.053
0.053
400~750
8.6~24.5
750~950
24.5~32.8
0.230
0.350
0.380
0.230
0.113
0.075
0.120
0.053
事故处理口
(空)
空
Ⅱ粘
0.120
0.230
0.265
0.345
0.230
0.113
0.075
0.120
0.053
Ⅱ粘
950~1220~
1200
32.8~51.3
0.345
0.470
0.345
0.230
0.113
0.075
0.120
0.053
烧嘴处
0.930
0.230
0.230
0.113
0.075
0.120
0.053
事故处理口
(空)
(空)
Ⅱ粘
0.075
0.120
0.053
0.120
0.230
0.265
0.345
0.230
0.115
0.075
0.120
0.053
1200~700
51.3~58.2
间隙通道壁厚+空隙+壁厚
0.04+0.150+0.04
0.350
0.380
0.113
0.113
0.075
0.089
0.053
空0.150
700~400
58.2~72.6
0.230
0.235
0.495
0.230
0.075
0.120
0.053
400~130
72.6~80
0.230
0.500
0.230
0.075
0.120
0.053
(出车室)
(2)
0.240
0.075
0.120
0.053
0.05
六、燃料燃烧计算
燃料燃烧的计算包括:
燃烧所需空气量的计算,燃料生成烟气量的计算及实际燃烧温度的计算。
6.1燃烧所需空气量计算
该窑用60号重油,其热值Qnet,ar=37000KJ/kg,
查阅相关资料,得理论空气量计算公式:
(6-1)
其中,
—理论空气量;
根据(6-1)得,理论空气量:
由实际空气量公式:
(6—2)
其中,α—空气过剩系数(通常有α=1.5-2.0);
根据(6-2),且取空气过剩系数α=1.5得,
实际空气量:
;
6.2燃烧产生烟气量计算
查阅相关资料,理论烟气量计算公式:
(6—3)
根据(6—3)得,
理论烟气量:
实际烟气量:
V=Vo+(α-1)Voa=9.81+(1.5-1)*9.51=14.57(Bm3/kg)
6.3燃烧温度计算
查阅相关资料,理论燃烧温度公式:
tth=(Qnet,ar+CfTf+VaCaTa)/VC(6—4)
其中,tth—理论燃烧温度,Ca—室温25℃时重油以及空气比热,
Cf—入窑温度下的重油比热,C—指定温度下烟气比热,
Ta—室温温度;Tf—重油入窑温度;
设t=1600℃查表得1600℃时烟气比热C=1.63KJ/Bm3.℃
在室温25℃的空气比热Ca=1.3KJ/Bm3.℃
重油比热Cf=1.74+0.0025t=1.74+0.0025*90=1.97KJ/Bm3.℃
代入公式(6—4)得:
t=(37000+1.97×90+14.27×1.3×25)/(14.57*1.63)=1585oC
(1600-1585)/1585×100%=0.9%<5%所以合理。
取高温系数η=0.80
则实际温度为:
Tp=0.80*1585=1300oC
验证:
1300℃-1220℃=80℃,在50℃-100℃之间,认为合理。
4、用经验数据决定燃料消耗量
燃料消耗量的计算,可直接选用经验数据(表1—8)。
表中列出隧道窑焙烧各种陶瓷产品的单位热耗。
将每小时的产量乘以表中数据,即为该窑每小时的热耗。
陶瓷工业隧道窑的单位质量产品热耗和窑炉结构及操作条件各因素之间的关系,可参下图1—8:
七、预热带和烧成带热平衡计算
隧道窑的热平衡计算分为二部分:
一部分是预热带和烧成带的热平衡,其目的是计算每小时的热耗,即每小时的燃料消耗量。
另一部分为冷却带的热平衡,其目的是计算冷空气鼓入量和热风抽出量。
7.1热平衡计算基准及范围
在此以1小时作为计算基准,而以0℃作为基准温度。
计算燃烧消耗量时,热平衡的计算范围为预热带和烧成带,不包括冷却带。
热平衡框图
QfQaQa’
↓↓↓
Q2→→Qg
Q1→→Q8
↓↓↓↓↓
Q3Q4Q5Q6Q7
其中Q1---制品带入的显热Q2---匣钵带入的显热
Qf---燃料带入化学热及显热Qa---助燃空气带入显热
Qa’---漏入空气带入显热Q3---产品带出显热
Q4---匣钵带出显热Q5---窑墙、窑顶散失之热
Q6---窑车积散之热Q7---物化反应耗热
Q8---其他热损失Qg---废气带走显热
7.2预热、烧成带热收入项目:
(1)制品带入显热的公式:
(7—1)
其中,
—入窑制品质量(kg/h),
—入窑制品的平均比热,KJ/kg*℃
—入窑制品温度,℃。
由原始资料可知,每块砖坯入窑湿重m=0.204kg,通过计算可知每小时入窑的砖坯数量为:
x=2652块,
每小时入窑的湿制品质量为:
G1’=2652*0.204(kg/h)=541.01(kg/h),
入窑制品含3%自由水,每小时入窑干制品质量:
G1‘’=541.0*(1-0.03)=524.78(kg/h),
入窑制品温度t1=85℃,
入窑制品平均比热:
C1=0.84+0.000264t=0.84+0.000264*85=0.862KJ/kg.℃,
则根据(7—1)得:
Q1=G1’·C1·t1=541.01*0.862*85=39639.80(KJ/h),
综上所述,制品带入显热39639.80KJ/h。
(2)匣钵带入显热Q2:
匣钵或棚板等带入显热的公式:
(7—2)
其中,
—匣钵或者棚板等质量,
—入窑匣钵或棚板等的平均比热,
—入窑匣钵或者棚板等的温度;
由原始数据可得:
每个匣钵装50块釉面砖坯,每个匣钵加垫片8.52kg,又由前述计算出每小时入窑的砖坯数量为x=2652件,由此可得:
G2=2652/50*8.52=451.90(kg/h)
C2=0.96+0.146*10^-3t=0.96+0.146*10^-3*85=0.972KJ/kg.℃
根据公式(7—2)可得:
Q2=451.90*0.972*85=37335.98(KJ/h);
综上所述,匣钵带入显热37335.98KJ/h。
(3)燃料带入化学热及显热Qf:
燃料带入化学热及显热Qf公式如下:
Qf=
x(
+Cf·tf)KJ/h(7—3)
式中x——每小时燃料消耗量,Kg/h;
——60#重油的低热值,KJ/Kg;
Cf——入窑60#重油的平均比热,KJ/Kg·℃;
tf——入窑60#重油的温度,℃。
Qnet,ar=37000KJ/Kg;
重油入窑温度,t=90℃;
查手册,此温度下的煤气平均比热为:
Cf=1.74+0.0025t=1.74+0.0025*90=1.97KJ/kg.℃
根据公式(7—3)可得;
Qf=x(Qnet,ar+tf·Cf)=x(37000+1.97*90)=37177.3x(kg/h)
(4)助燃空气带入显热Qa;
全部助燃空气作为一次空气。
燃料所需空气量已求得:
Va=14.27xBm3/h
助燃空气温度t=25℃
查手册,在25℃时空气的平均比热为;
Ca=1.30J/kg.℃
根据公式可得:
Qa=Va*Ca*ta=14.27x·1.3·25=463.8xKJ/h
(5)从预热带不严密处漏漏入空气带入显热Q、a.
漏入空气体积公式如下:
=[(
)
]xBm3/h,(7—4)
式中
——空气过剩系数为1.5时的燃烧所需空气量,Bm3/Kg;
——烧成带的空气过剩系数;
——离窑时烟气中的空气过剩系数;
——漏入空气的平均比热,KJ/Bm3·℃
——漏入空气的温度,℃。
取预热带烟气中的空气过剩系数α=3.5,由上述已求出理论空气量
V=9.51Bm3/kg
烧成带燃料燃烧时的空气过剩系数αf=1.5
根据公式(7—4)得:
Va'=x(3.5-1.5)*9.51=19.02xBm3/h
漏入空气温度为ta'=25℃
查手册,Ca'=1.30kJ/kg.℃
根据公式可得
Q’a=Va’Ca'ta'=19.02x*1.3*25=618.15xkJ/h
(6)气幕空气带入显热Qm;
作气幕用的气体由冷却带时间接冷却出抽来,其带入之显热由冷却带热平衡计算为:
Qm=216000kJ/h;
7.3预热、烧成带热支出项目:
(1)产品带出显热Q3
产品带出显热公式:
KJ/h(7—5)
式中G3——出烧成带产品质量,Kg/h;
C3——出烧成带产品的平均比热,KJ/Kg·℃
T3——出烧成带产品的温度,℃。
出烧成带产品带出质量G3=524.78kg
出烧成带产品温度t3=1220℃
产品平均比热:
C3=0.84+0.000264*1220=1.16kJ/kg.℃
根据公式(7—5)可得:
Q3=524.78*1.16*1220=742669kJ/h
(2)匣钵带走显热Q4
匣钵带走显热公式:
Kg/h(7—6)
式中G4——匣钵出烧成带质量,Kg/h;
C4——出烧成带匣钵的平均比热,KJ/Kg·℃;
t4——出烧成带匣钵的温度,℃。
匣钵质量:
G4=451.90kg/h
出烧成带匣钵温度,t4=1220℃
匣钵的平均比热为C4=0.96+0.000146*1220=1.138kJ/kg.℃
根据公式(7—6)得:
Q4=G4*C4*t4=451.90*1.138*1220=627400kJ/h
(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,尚有用于气幕的空气。
用于气幕的空气体积由冷却带计算为:
Vm=1552Bm3/h;
离窑体积计算公式如下:
=[
+(
)
]x+
Bm3/h,(7—7)
式中
——空气过剩系数为1.5时的烟气量,Bm3/Kg;
——离窑时烟气中的空气过剩系数;
——离窑烟气的平均比热,KJ/Bm3·℃;
——离窑烟气的温度,℃。
离窑烟气温度:
tg=240℃
查手册,此时烟气的平均比热为Cg=1.42kJ/m^3.℃根据公式得:
Qg={[Vog+(ag-1)Voa]x+Vm}*Cg*tg
={[9.81+(3.5-1)*9.51]*x+1552}*1.42*240
=11445.8x+528921.6kJ/h
(4)通过窑墙,窑顶散失的热Q5
取经验数据,占热收入的6.67%=494448.6kJ/h。
(5)窑车积蓄和散失之热Q6
取经验数据,占热收入的25%=1853255.55kJ/h。
(6)物化反应耗热和散热之热Q7(不考虑制品所含之结构水):
自由水质量Gw=G1’*3%=541.01*3%=16.23kg/h
烟气离窑温度tg=240℃
制品中A12O3含量为22.38%,
根据公式可得;
Q7=Qw+Qr=Gw(2490+1.93tg)+Gr*2100*A12O3%
=16.23*(2490+1.93*240)+524.78*2100*0.2238
=294567kJ/h
(7)其他热损失Q8
取经验数据,占热收入的10%,则Q8=741302.2kJ/h。
7.4预热、烧成带平衡热计算
列出热平衡方程式:
热收入=热支出
Q1+Q2+Qf+Qa+Qa’+Qm=Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Qg
(39639.80+37335.98+37177.3x+463.8x+618.15x+216000*58.33%
=742669+627400+11445.8x+528921.6+294567
移项整理得10870.8x=2022664.8
x=186.1kg/h,即每小时需要重油186.1kg。
7.5预热、烧成带热平衡表
列出预热带及烧成带平衡表如下:
八、冷却带热平衡计算
8.1冷却带热收入项目:
(1)产品带入显热Q3
此项热量即为预热、烧成带产品带出显热:
Q3=742669kJ/h
(2)匣钵带入显热Q4
此项热量即为预热、烧成带匣钵带出显热:
Q4=627400kJ/h
(3)窑车带入显热Q9
预热带、烧成带窑车散失之热约占窑车积、散热之5%,而95%之积热带进冷却带。
Q9=0.95*
- 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 课程设计 说明书