工業(yè)窯爐課程設(shè)計

1、萍鄉(xiāng)學(xué)院窯爐課程設(shè)計說明書題目：窯爐設(shè)計 7000m2 液化氣 輥道窯院 （系）：材料與化工學(xué)工程系 專 業(yè)： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 肖 素 萍 二一三年 月 日前言隧道窯是耐火材料、陶瓷和建筑材料工業(yè)中最常見的連續(xù)式燒成設(shè)備。其主體為一條類似鐵路隧道的長通道。通道兩側(cè)用耐火材料和保溫材料砌成窯墻，上面為由耐火材料和保溫材料砌筑的窯頂，下部為由沿窯內(nèi)軌道移動的窯車構(gòu)成的窯底。隧道窯的最大特點是產(chǎn)量高,正常運轉(zhuǎn)時燒成條件穩(wěn)定,并且在窯外裝車,勞動條件好,操作易于實現(xiàn)自動化,機械化.隧道要的另一特點是它逆流傳熱,能利用煙氣來預(yù)熱坯體,使廢氣排出的溫度只在200C左右,又能利用產(chǎn)品冷卻放熱

2、來加熱空氣使出爐產(chǎn)品的溫度僅在80C左右,且為連續(xù)性窯,窯墻,窯頂溫度不變,不積熱,所以它的耗熱很低,特別適合大批量生產(chǎn)陶瓷,耐火材料制品,具有廣闊的應(yīng)用前景.本設(shè)計為年產(chǎn)10萬件高為：0.7m，長為：1.7m，寬為：0.8m的浴缸的隧道窯。窯爐總長為190m，燒成周期為40小時，最高燒成溫度為1320，采用的是0#柴油。目錄一 原始資料的收集4二 燒成制度的確定 5三 窯體主要尺寸的計算 6四 工作系統(tǒng)的確定 7五 窯體材料及厚度的選擇 9六 燃料燃燒計算 11七 物料平衡計算 13八 熱平衡計算13九 冷卻帶的熱平衡計算18十 管道尺寸、阻力計算21十一 工程材料概算26十二 后記29一、

3、 原始資料的收集由設(shè)計任務(wù)書得到：1、年產(chǎn)量：10萬件 2、產(chǎn)品規(guī)格：高：0.7m 長：1.7m 寬：0.8m 3、年工作日：330天4、燃料：0#柴油，Qnet=41800KJ/Nm35、入窯水分：1.76、產(chǎn)品合格率：987、燒成周期：40小時8、最高燒成溫度：13209、坯料組成（）：SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OI.L70.1019.650.250.451.051.01.755.7210、燃料組成成分：CHONSAMQnet85.98 12.590.840.390.140.061.041800KJ/Nm3二、 燒成制度的確定2.1 溫度制度的確定根據(jù)制品的化學(xué)組

4、成、形狀、尺寸、線收縮率及其他一些性能要求，制訂溫度制度如下：（燒成周期=40小時）溫度（0C）時間（h）燒成階段升（降）溫速率（0C/h）20-3004.0預(yù)熱帶140300-6004.0預(yù)熱帶150600-9505.0預(yù)熱帶175950-13208.0燒成帶901320-13202.0燒成帶（高火保溫)01320-8004.0冷卻帶(急冷帶）255800-4009.0冷卻帶(緩冷帶）100400-804.0冷卻帶(快冷帶）1602.2 燒成溫度曲線三、 窯體主要尺寸的計算3.1 窯車棚板和支柱的選用為減少窯內(nèi)熱量損失，提高熱利用率，并結(jié)合裝載制品浴缸的重量大小，選定全耐火纖維不承重型結(jié)構(gòu)窯

5、車：棚板、支柱均為碳化硅材料，以降低蓄散熱損失，考慮到全窯最高燒成溫度為13200C，故碳化硅材料選用SiC 50%，體積密度 2.2g/cm3，最高使用溫度 14000C，導(dǎo)熱系數(shù)計算式 5.23- 1.2810-3t）。3.2 窯長和窯寬尺寸的確定3.2.1浴缸規(guī)格170cmX80cmX170cm，35kg。3.2.2平盤碼放方法采用窯車上設(shè)置2層碼放，每塊棚板放置一個浴缸坯體。3.2.3 窯車尺寸確定車長=2m 車寬=1m 車高=1.8m，分兩層在窯車的中部填充硅酸鋁纖維折疊棉塊上鋪1層含鋯纖維氈。3.2.4 窯內(nèi)寬、內(nèi)高、全高、全寬的確定 內(nèi)寬：隧道窯內(nèi)寬是指窯內(nèi)兩側(cè)墻間的距離，包括制

6、品有效裝載寬度與制品和兩邊窯墻的間距。窯車與窯墻的間隙尺寸一般為2530mm，本設(shè)計中取用30mm，B1=1000mm+102=1200mm=1.2m由于使用的是非清潔燃料柴油，所以燒成帶兩側(cè)均設(shè)置燃燒室，為了改善傳熱，則燒成帶內(nèi)寬定為B2=1200mm+40mm=1240mm 內(nèi)高：由于具體的高度確定還跟選擇的耐火磚尺寸厚度的整數(shù)倍有關(guān)，通常耐火磚厚度取45mm。窯內(nèi)高=700(每層高）2+100架底和架高離窯的距離）2+45（架層中間）+200+155=2000mm=2m 全窯高(軌面至窯頂外表面）：在內(nèi)高的基礎(chǔ)上加上窯車高，預(yù)熱帶、燒成帶為2000mm+200+300=2500mm。 全

7、窯寬（兩側(cè)外墻之間的距離，沒有包括鋼架）：根據(jù)窯墻所選的材料（具體選材在第六部分窯體材料及厚度的選擇中）預(yù)熱帶、冷卻帶單側(cè)窯墻厚度為405mm，全窯寬=4552+1240=2150mm。3.2.5 窯長的尺寸確定 G生產(chǎn)任務(wù)，件/年； L窯長，m；燒成時間，h ； K成品率，%； D年工作日，日/年； g裝窯密度，件/每米車長。窯內(nèi)容車數(shù)：該窯采用鋼架結(jié)構(gòu)，全窯不設(shè)進車和出車室，故全窯長取190m。全窯分為95個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，每節(jié)長為 2m。3.2.6 全窯各帶長的確定 根據(jù)燒成曲線，各帶燒成時間與燒成周期的比值，預(yù)熱帶取30節(jié)，燒成帶取30節(jié)，冷卻帶取35節(jié)，則各帶長及所占比例為： 預(yù)熱帶長=23

8、0=60m 占總長的31.6% 燒成帶長= 230=60m 占總長的31.6% 冷卻帶長=235=70m 占總長的36.8%四、工作系統(tǒng)的確定4.1 排煙系統(tǒng)其中111節(jié)為排煙段，第一節(jié)前半節(jié)兩側(cè)墻及窯頂設(shè)置一道封閉氣幕，氣慕風(fēng)由冷卻帶抽來的熱空氣提供。后半節(jié)上部和下部各設(shè)1對排煙口（尺寸由第十一部分算得180100mm，為砌筑的方便高度取367=201mm，排煙量可通過過橋轉(zhuǎn)來控制），目的是使窯頭氣流壓力自平衡，以減少窯外冷空氣進入窯體。第二節(jié)到第四節(jié)每節(jié)在窯車臺面棚板通道處各設(shè)2對排煙口，位置正對。 煙氣經(jīng)過窯墻內(nèi)水平煙道，由垂直煙道經(jīng)窯頂金屬管道到排煙機。然后由鐵皮煙囪排至大氣。排煙囪及

9、鐵皮煙囪皆設(shè)于預(yù)熱帶窯頂?shù)钠脚_上。4.2 燃燒系統(tǒng)在燒成帶33節(jié)到51節(jié)設(shè)23對燃燒室，每節(jié)一對，不等距分布，前疏后密，一排布置，兩側(cè)相錯排列。4.3 冷卻系統(tǒng)冷卻帶按照燒成工藝分成三段：第5565節(jié)為急冷段。該段采用噴入急冷風(fēng)直接冷卻方式，除急冷首節(jié)只在后半節(jié)設(shè)冷風(fēng)噴管（尺寸67）（上設(shè)5個，下設(shè)5 個）外，其余每節(jié)上部設(shè)9個冷風(fēng)噴管，下部設(shè)9個冷風(fēng)噴管，上下噴管交錯設(shè)置。第6680節(jié)為緩冷段。本設(shè)計中采用直接熱風(fēng)冷卻的方法，為了能使急冷段和快冷段來的熱風(fēng)對制品進行充分緩冷，設(shè)計中66節(jié)不設(shè)抽熱風(fēng)口，80節(jié)不設(shè)噴風(fēng)管。其余10節(jié)各設(shè)1對相錯的抽熱風(fēng)口，共5對。第8195節(jié)為快冷段。第8393

10、節(jié)上下部各設(shè)3對冷風(fēng)噴管，在95節(jié)前半部上下部各設(shè)置3個，通過噴管鼓入冷風(fēng)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80。4.4 傳動系統(tǒng)由于窯車連續(xù)性傳動，原理：由于螺旋桿上的活塞在油壓的作用下連續(xù)不斷的向前前進，推動窯車在窯內(nèi)移動。4.5 窯體的附屬結(jié)構(gòu)4.5.1 事故處理孔事故處理孔下面應(yīng)與窯底面平齊，以便于清除出落在窯底上的碎片。事故處理孔尺寸為：寬345mm，高115mm，分別設(shè)在30號車位和52車位。4.5.2 測溫孔及觀察孔在燒成曲線的關(guān)鍵處設(shè)置測溫孔，低溫段布稀點，高溫處密點，以便于更好地了解窯內(nèi)各段的溫度情況。觀察孔是為了觀察燒嘴的情況。4.5.3 膨脹縫窯體受熱會膨

11、脹，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，為避免窯體開裂，擠壞，必須重視窯體膨脹縫的留設(shè)。本設(shè)計在窯節(jié)之間留20毫米膨脹縫，內(nèi)填陶瓷棉。五、窯體材料及厚度的選擇5.1 窯體窯體由窯墻主體、窯頂和鋼架組成窯體材料由外部鋼架結(jié)構(gòu)（包括窯體加固系統(tǒng)和外觀裝飾墻板）和內(nèi)部耐火隔熱材料襯體組成。砌筑部分，均采用輕質(zhì)耐火隔熱材料。窯墻、窯頂和窯車襯體圍成的空間形成窯爐隧道，制品在其中完成燒成過程。5.2 鋼架每一鋼架長度為2米，含鋼架膨脹縫。全窯共60個鋼架結(jié)構(gòu)，其高度、寬度隨窯長方向會有所改變。鋼架主要由輕質(zhì)方鋼管、等邊角鋼等構(gòu)成，采用焊接工藝，并在焊接處除去焊渣、焊珠，并打磨光滑。窯墻直接砌筑在鋼板上，鋼架承擔(dān)著窯墻和窯

12、頂及附屬設(shè)備的全部重量。5.3 窯墻窯墻采用輕質(zhì)耐火隔熱材料。常用材質(zhì)如下：石棉板、輕質(zhì)粘土磚、硅藻土磚、普通硅酸耐火纖維板、含鉻耐火纖維氈、輕質(zhì)高鋁磚、礦渣棉等耐火材料。窯墻砌筑在鋼架結(jié)構(gòu)上。每隔2米留設(shè)20mm左右的熱膨脹縫，用含鋯散棉填實。窯墻最外面用10mm厚的石棉板（為方便畫圖，畫圖時沒有考慮灰縫的長度）。5.4 窯頂窯頂是由吊頂板或吊頂磚和角鋼或細(xì)鋼筋等組成的平頂結(jié)構(gòu)。角鋼直接焊接在窯頂鋼架上，細(xì)鋼筋則是做成鉤狀掛在窯頂鋼架上。吊頂板或吊頂磚與角鋼或細(xì)鋼筋緊固。這樣，窯頂?shù)闹亓恳灿射摷艹袚?dān)。在窯頂上，鋪厚度適宜的保溫棉和耐火棉，窯體材料的輕質(zhì)化，可大大減少窯體蓄熱。5.5 測溫、測

13、壓孔 溫度控制: 為了嚴(yán)密監(jiān)視及控制窯內(nèi)溫度和壓力制度，及時調(diào)節(jié)燒嘴的開度，一般在窯道頂及側(cè)墻留設(shè)測溫孔安裝熱電偶。本設(shè)計中分別布置于1、5、11、15、17、23、25、29、31、35、37、41、43、47、53、57、62、65、67、73、79、84、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)窯頂中部各設(shè)置一處測溫孔,共22支。因此在燒成曲線的關(guān)鍵點，如窯頭、氧化末段、晶型轉(zhuǎn)化點、成瓷段、急冷結(jié)束等都有留設(shè)。 壓力控制主要靠調(diào)節(jié)煙氣、空氣等流量來實現(xiàn)。 布置壓力計于2、7、11、19、24、31、38、41、44、55、60、75車位中部,共12支。為方便畫圖，圖紙中沒有表示出。5.6 曲封、砂封和車封窯墻與窯車之間、

14、窯車與窯車之間做成曲折封閉。曲封面貼一層高溫耐火棉。窯車之間要承受推力，所以在窯車接頭的槽鋼內(nèi)填充散棉，以防止上下漏氣。砂封是利用窯車兩側(cè)的厚度約68mm的鋼制裙板，窯車在窯內(nèi)運動時，裙板插入窯兩側(cè)的內(nèi)裝有直徑為13mm砂子的砂封槽內(nèi)，隔斷窯車上下空間。砂封槽用厚度3mm左右的鋼板制作而成，且留有膨脹縫。在預(yù)熱帶頭部緩冷段頭部的窯墻上各設(shè)置一對加砂斗。5.7 窯體材料及厚度的選擇窯體材料及厚度的確定原則：一是要考慮該處窯內(nèi)溫度對窯體的要求，即所選用的材料長期使用溫度必須大于其所處位置的最高溫度；二是盡可能使窯體散熱損失要?。蝗且紤]到磚型及外形整齊。根據(jù)上述原則，確定窯體的材料及厚度如下：窯

15、體材料及其厚度。節(jié)位置（溫度段）窯墻窯頂材質(zhì)厚度（mm）該段厚度（mm）材質(zhì)厚度（mm）該段厚度（mm）排煙段（1-5）（20-300）輕質(zhì)粘土磚4230 405輕質(zhì)粘土吊頂磚250 350硅藻土磚1115礦渣棉50普通硅酸耐火纖維板100石棉板10預(yù)熱升溫段（6-15）（300-950）輕質(zhì)粘土磚230 405輕質(zhì)粘土吊頂磚250 350硅藻土磚115礦渣棉50普通硅酸耐火纖維板100石棉板10燒成段（16-27）（950-1320）輕質(zhì)高鋁磚230 455輕質(zhì)高鋁吊頂磚250 450輕質(zhì)粘土磚115含鉻耐火纖維氈100含鉻耐火纖維氈100普通硅酸耐火纖維板100石棉板10急冷段（28-32

16、）（1320-800）輕質(zhì)粘土磚230405輕質(zhì)粘土吊頂磚250350硅藻土磚115礦渣棉50普通硅酸耐火纖維板100石棉板10緩冷段（33-40）（800-400）輕質(zhì)粘土磚230405輕質(zhì)粘土吊頂磚250350硅藻土磚115礦渣棉50普通硅酸耐火纖維板100石棉板10快冷段（41-47）（400-80）輕質(zhì)粘土磚230405輕質(zhì)粘土吊頂磚250350硅藻土磚115礦渣棉50普通硅酸耐火纖維板100石棉板10六、燃料燃燒計算6.1 助燃空氣量的計算所用燃料為0號柴油，其組分如下表所示：CHONSAMQnet85.98 12.590.840.390.140.061.041800KJ/Nm3在已

17、知燃料組成的情況下，可根據(jù)燃燒學(xué)中相關(guān)的燃燒反應(yīng)式列表計算的方法，較為精確地求出燃料燃燒所需的空氣量、生產(chǎn)煙氣量及煙氣組成。1m3液化石油氣燃燒的理論空氣需要量L0為： Va0=1/（1.429*0.21）*（8/3Car+8Har+Sar-Oar）*1/100=1/（1.429*0.21）*（8/3*85.98+8*12.59+0.14-0.84）*1/100=10.97Bm3/kg取空氣過剩系數(shù)為=1.2，則實際需要空氣量為：Va=1.2*10.97=13.16Bm3/kg6.2 煙氣量的計算CO2=（Car/12）*0.224=1.60496H2O=Har/2+Mar/18=7.259S

18、O2=Sar/32=0.004375NO2=0.39/28=0.01392煙氣量根據(jù)燃燒學(xué)知識用公式計算得，理論燃燒產(chǎn)物生產(chǎn)量V0為:V0=CO2+H2O+SO2+NO2+ Va0*0.79=11.70Bm3/kg而實際煙氣量為Vg=11.70+（n-1）Va=14.44.Bm3/kg6.3 燃燒溫度的計算理論燃燒溫度計算公式：式中cr、ca、cg燃料、空氣及煙氣的比熱容，；L一定空氣消耗系數(shù)()下的單位燃料空氣消耗量，=L；V一定空氣消耗系數(shù)下單位燃料燃燒生成的煙氣量，；t、t燃料及空氣的預(yù)熱溫度，。取室溫20，此時空氣比熱為1.30； 液化石油氣比熱為3.91；(工業(yè)爐手冊附表c-40)查

19、表（燃料及燃燒表5-2）并初設(shè)煙氣溫度為1800，此時煙氣比熱為： cg=1.67。 代入上述公式得到：2184.56（2184.56-2100）/2100=4.03%5%,所設(shè)溫度合適。取高溫系數(shù)為0.8，則實際溫度為：t=0.82100=1680，比最高溫度1320高出360， 符合燒成需求，認(rèn)為合理。七、物料平衡計算浴缸的坯體成分組成如下表：SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OI.L70.1019.650.250.451.051.01.755.72(1) 每小時燒成制品的質(zhì)量Gm成品每件質(zhì)量35kg，則每車制品質(zhì)量為35kg95=3325kg ，推車速度=95車/40時

20、=2.375車/時。八、熱平衡計算8.1熱平衡計算基準(zhǔn)及范圍熱平衡計算以1h作為時間基準(zhǔn)，而以0作為基準(zhǔn)溫度。計算燃燒消耗量時，熱平衡的計算范圍為預(yù)熱帶和燒成帶，不包括冷卻帶。8.2 熱平衡框圖圖8-2 預(yù)熱帶和燒成帶的熱平衡示意圖 其中 ：Q1制品帶入的顯熱； Q2硼板、支柱等窯具帶入顯熱； Q3產(chǎn)品帶出顯熱； Q4硼板、支柱等窯具帶出顯熱； Q5窯墻、窯頂散失之熱； Q6窯車蓄熱和散失熱量； Q7物化反應(yīng)耗熱； Q8其他熱損失； 燃料帶入化學(xué)熱及顯熱； Qg煙氣帶走顯熱； 助燃空氣帶入顯熱； 預(yù)熱帶漏入空氣帶入顯熱； 氣幕、攪拌風(fēng)帶入顯熱；8.3 熱收入項目 坯體帶入顯熱Q1 由上面物料平

21、衡計算可知入窯濕基制品質(zhì)量Gs=112.66kg/h ，Q1= （kJ/h）其中：Gs入窯濕基制品質(zhì)量（Kg/h） 入窯制品的溫度（）；=20 入窯制品的平均比熱（KJ/（Kg）；=0.86KJ/（Kg）； Q1=112.660.8620=1937.75（kJ/h） 棚板及支柱帶入的顯熱Q2 其中：入窯硼板、支柱等窯具質(zhì)量（Kg/h）；Gb=1643.47 kg/h； 入窯硼板、支柱等窯具的溫度（）；T2=20 入窯硼板、支柱等窯具的平均比熱（KJ/（Kg）； 50%碳化硅硼板、支柱的平均比熱容按下式計算耐火材料P154： =0.963+0.146t=0.963+0.00014620=0.96

22、6KJ/（Kg） Q2=1643.470.96620=31751.84（kJ/h） 燃料帶入化學(xué)熱及顯熱 =（+）x （kJ/h） 其中：燃料為柴油，低位發(fā)熱量為：=10200KJ/m3； 入窯燃料溫度（）；入窯柴油溫度為=20； 入窯燃料的平均比熱， ； =20時柴油比熱為=2.1；(工業(yè)爐手冊附表c-40) x每小時柴油的消耗量為；Nm3/h； =（+）x=（10200+202.1)=10242 kJ/h 助燃空氣帶入顯熱 全部助燃空氣作為一次空氣，燃料燃燒所需空氣量 =a*Va=1.213.16=15.79 = 、助燃空氣的比熱與溫度； 取助燃空氣溫度為20，此時空氣的比熱為： =1.3

23、0 ； =15.791.3020=410.54 （kJ/h） 從預(yù)熱帶不嚴(yán)密處漏入空氣帶入顯熱= () 其中：離窯煙氣中的空氣過剩系數(shù)取2.5、漏入空氣與噴入風(fēng)的比熱與溫度，分別取20，1.30 =（2.5-1.2）15.791.3020=533.702 （kJ/h） 氣幕、攪拌風(fēng)帶入顯熱氣幕包括封閉氣幕和攪拌氣幕，封閉氣幕只設(shè)在窯頭，不計其帶入顯熱。取 攪拌氣幕風(fēng)源為空氣，其風(fēng)量一般為理論助燃空氣量的0.5-1.0倍，取為0.75倍。=0.7515.791.3020=307.905（kJ/h）8.4 熱支出項目 制品帶出顯熱Q3出燒成帶產(chǎn)品質(zhì)量G3=293kg/h(不考慮灼減)出燒成帶產(chǎn)品溫

24、度t3=1310查得產(chǎn)品的平均比熱C3=1.20KJ/kgQ3=Gm*C*t=293*1310*1.20=366121.1KJ/h 棚板及支柱帶走顯熱Q4棚板及支柱質(zhì)量G4=1064kg/h出燒成帶溫度t4=1310C4=0.96+0.000146t*1310=1.151 KJ/KgQ4=1064*2.85*1310*1.151=466774.4KJ/h 煙氣帶走顯熱Qg煙氣中包括燃燒生成的煙氣即預(yù)熱帶不嚴(yán)密處漏入之空氣外離窯煙氣體積 Vg=Voa +(ag-1) Vogx+Vm離窯煙氣溫度為220， 取tg=220 Cg=1.41 KJ/KgQg=Vg*Cg*tg= Voa+(ag-1) V

25、ogx *Cg*tg =4.46+（1.85-1）x3.88*1.41*220=652441.4KJ/h 通過窯墻、窯頂散失之熱Q5導(dǎo)熱系數(shù) 高溫莫來石絕熱磚=0.22W/(m)纖維導(dǎo)熱系數(shù) = 0.11W/ m 預(yù)熱帶、燒成帶長度之和50.3m,窯頂散熱面面積A頂=2.1*50.3=105.6 m2熱流密度=1085 w/m2Q頂=1085*105.6=114608.6KJ/h側(cè)窯散熱面積A=（1.115+0.780）*50.3*2=190.7m2熱流q=734w/m2Q墻=190.7*734=139927.6KJ/hQ5 = Q頂+Q墻=161402.8KJ/h物化反應(yīng)耗熱Q71） 自由水

26、蒸發(fā)Qw T1=220 G=6.0Kg/h2） 結(jié)構(gòu)水脫水吸熱：Gw=14.7Kg/h3） Qw=6.0*（2490+1.93tg）=6*（2490+1.93*220）=17487.6KJ/Kg4） Qw1=14.7*6700=98490KJ/Kg 5） 其余物化反應(yīng)Qr 制品中Al2O3含量為19.56% Qr=292*2100*0.1956=119941.9KJ/Kg物化反應(yīng)：Q7= 119941.9+98490+174873.6=235919.2KJ/Kg窯車積蓄與散失Q6取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，占收入的15%其他熱損失Q8取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，占收入的5%列出平衡方程熱支出=熱收入Q1+Q2+Qa+Qb+Q

27、f=Q3+Q7+Qg+Q5+Q6+Q8+Q48.5 列出熱平衡方程式因為：熱收入=熱支出所以：Q1+Q2+Qf+Qa+Qa=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q8得出：x=112.98=1138.6 列出預(yù)熱帶及燒成帶熱平衡表并分析討論 預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡分析表熱收入熱支出項目KJ/h%項目KJ/h%1.坯體帶入顯熱55670.271.產(chǎn)品帶出顯熱366121.118.262.棚板及支柱顯熱7767.850.382.棚板及支柱顯熱466744.423.283.燃料化學(xué)熱顯熱1969317.898.213.煙氣顯熱652441.432.544.助燃空氣顯熱120740.6124.窯墻、窯頂散

28、熱161402.88.055.漏入空氣顯熱102830.65.窯車積散熱30155815.046.物化反應(yīng)耗熱118297.65.97.其它熱損失99851.24.98總計2005009.65100.00總計2005044.5100.0通過預(yù)熱帶和冷卻帶的熱平衡計算可以看出，熱收入的主要來源是燃料的化學(xué)顯熱，而熱支出主要是由煙氣帶走大部分熱量，另外產(chǎn)品和棚板以及窯車也帶走了相當(dāng)?shù)臒崃?。?冷卻帶的熱平衡計算9.1 確定熱平衡計算的基準(zhǔn)、范圍先確定計算基準(zhǔn)：以0作為基準(zhǔn)溫度，1h為質(zhì)量與熱量的時間基準(zhǔn)，畫出熱平衡示意圖如下： 冷卻帶的熱平衡示意圖 其中： Q3制品帶入顯熱； Q4硼板、支柱等窯具

29、帶入顯熱； Q9窯車帶入顯熱； Q10急冷風(fēng)帶入顯熱與冷卻帶末端送入冷卻風(fēng)帶入顯熱； Q11制品帶出顯熱； Q12硼板、支柱等窯具帶出顯熱； Q13窯車蓄熱、帶出及散失之熱； Q14窯墻、頂總散熱； Q15抽走余熱風(fēng)帶走熱量； Q16其他熱損失；9.2 熱收入項目 制品帶入顯熱Q3 此項熱量即為預(yù)熱帶、燒成帶產(chǎn)品帶出顯熱： Q3=118387.32（kJ/h） 硼板、支柱等窯具帶入顯熱Q4 此項熱量即為預(yù)熱帶和燒成帶硼板、支柱帶出顯熱： Q4=1804348.26（kJ/h） 窯車帶入顯熱Q9 此項熱量可取預(yù)熱帶、燒成帶窯車總積散熱的95%，（其余5%已在預(yù)熱帶和燒成帶向車下散失）： Q9=0

30、.95Q6=0.9510%Q收=0.950.12821894.12=268079.94（kJ/h） 急冷風(fēng)與窯尾風(fēng)帶入顯熱Q10 設(shè)窯尾風(fēng)風(fēng)量為Vx，一般急冷風(fēng)量為窯尾風(fēng)量的0.25-0.5，本設(shè)計取急冷風(fēng)是窯尾風(fēng)的0.5，則急冷風(fēng)與窯尾風(fēng)的總風(fēng)量為：1.5Vx。取空氣溫度ta=20，此時空氣的比熱為： =1.30 ； Q10=Vacata=1.5Vx1.3020=39Vx（kJ/h）9.3 熱支出項目 產(chǎn)品帶出顯熱Q11出窯產(chǎn)品質(zhì)量G11=384.75kg/h,出窯產(chǎn)品溫度t11=60,此溫度下產(chǎn)品平均比熱c11=0.896kJ/kg則Q11=G11c11t11=384.75*0.896*6

31、0=20401.2kJ/h 支柱帶出顯熱Q12出窯棚板及支柱質(zhì)量：G12=348+487.67=835.67kg/h出窯棚板及支柱溫度：t12=60在60是棚板及支柱比熱為：c12=0.84+0.00026t=0.84+0.00026*60=0.8556kJ/kg則Q12=G12c12t12=835.67*0.8556*80=43099.2kJ/h 車帶走和向下散失之熱Q13此項熱量占窯車帶走顯熱的55%，所以Q13=0.55Q9=0.55*141157.5=575556.1kJ/h 抽送干燥用的空氣帶走顯熱Q14若熱空氣抽出量即為冷卻空氣鼓入量Va設(shè)抽送干燥器用的空氣溫度為200此溫度下空氣

32、平均比熱為c14=1.32kJ/Nm3則Q14=V14c14t14=Va*1.32*200=167VakJ/h 窯墻、窯頂散熱Q15高溫莫來石絕熱導(dǎo)熱系數(shù) =0.22W/(m)纖維=0.11 W/(m)冷卻帶長度為37.7m,窯頂散熱面積A=1.4*37.7=52.78m2熱流q=665w/m2則窯頂散熱Qm=52.78*665*3.6=12635.5kJ/h一側(cè)窯墻散熱面積An=37.7*0.78=29.4m2熱流q=480.3w/m2則兩側(cè)窯墻散熱Qm=29.4*480.3*2=28247.4kJ/h所以Q15=Qn+Qm=114841kJ/h物化反應(yīng)耗熱Q7不考慮制品所含結(jié)晶水。 自由水

33、蒸發(fā)Qw T1=220 C1=1.42 KJ/Kg G=6.0Kg/h 結(jié)構(gòu)水G=14.7kg/hQw=6.0*（2490+1.93tg）=6*（2490+1.93*220）=17487.6KJ/KgQw1=14.7*6700=98490KJ/Kg 其他熱損失Q8取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，占收入的5%熱平衡方程式因為：熱收入=熱支出所以：Q3+Q4+Q9+Q10=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15+Qc+Q8解得Va=3172 Nm3/h 列冷卻帶熱平衡表并分析討論 冷卻帶熱平衡分析表 熱收入 熱支出 項目 KJ/h % 項目 KJ/h % 1.產(chǎn)品帶入顯熱206039.515.251.產(chǎn)品帶出顯熱20

34、401.21.512.棚板及支柱顯熱26272.819.452.棚板及支柱顯熱43099.23.193.窯車顯熱814700.460.33.窯車帶走和向車下散失熱575556.142.6冷卻帶末端送入空氣顯熱67553.9 5.04.抽送干燥用空氣顯熱529319. 739.25.窯墻、窯頂散熱1148418.56.其它熱損失67553.55.0 總計1351078.6100.00 總計1351070.7100.00從冷卻帶的熱平衡計算可以看出，熱收入主要是由棚板和窯車帶入的，而熱支出主要是由窯墻和窯頂向外散失熱量。另外，窯車也帶走和向下散失了相當(dāng)一部分熱量。十、管道尺寸、阻力計算10.1 排

35、煙系統(tǒng)的設(shè)計 排煙量計算取離窯煙氣中空氣過剩系數(shù)=2.5，則其體積流量為： = 28.179+(2.5-1.2) 22.06=56.857 =25m3/h Vg=1421.425 m3/h= 0.379m3/s 排煙口及水平支煙道尺寸共有8對排煙口，則每個排煙口的煙氣流量為：qv=0.379/16=0.027m3/s標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣在磚砌管道中的流速為12.5m/s，流速太大則阻力大，流速太小則管道直徑過大，造成浪費?，F(xiàn)在取流速v=1.5m/s，煙道截面積為：A= 0.027/1.5=0.018 m2排煙口尺寸設(shè)計為高寬=0.180.1m，考慮到砌筑的方便，取高為673=201mm，即實際排煙口

36、尺寸為 高寬=201180mm。 垂直支煙道尺寸煙氣由排煙口至垂直支煙道流量不變，流速相同，所以截面積應(yīng)相等。取截面尺寸為：180115mm。垂直高度應(yīng)和窯墻（車臺面至窯頂）高度一樣，為1206mm。其水力半徑為：R=0.13 m窯墻以上部分用金屬管道連接，考慮到實際流量、砌筑方法、垂直煙道的當(dāng)量直徑等，取垂直金屬煙道直徑為1=200mm。此部分垂直金屬煙道高度約為1.5米左右，實際距離要以現(xiàn)場風(fēng)機安裝位置等實際情況為準(zhǔn)。 水平主煙道尺寸 水平主煙道長度8米，直徑2=450mm。 阻力計算阻力計算應(yīng)包括料垛阻力、位壓阻力、摩擦阻力和煙囪阻力的計算之和。1） 料垛阻力h1取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，每米窯長料垛

37、阻力為1Pa，按理想情況假設(shè)，零壓應(yīng)在預(yù)熱帶和燒成帶相接的位置，即第11節(jié)，最后一對排煙口在第4節(jié)，每節(jié)長2米，則：h1=（11-4）21=14 Pa2 ） 位壓阻力h2 風(fēng)機與煙囪設(shè)在窯外的車間地面上，煙氣從排煙口到風(fēng)機（煙囪底部），位置升高2.0米。取煙氣平均溫度為200。H2=H(ag)g=1.0（1.31.3）9.8=9.04Pa3 ) 局部阻力h3煙氣從爐膛內(nèi)進入排煙口，突然縮小，取1=0.5；v=1.5m/s90轉(zhuǎn)彎至垂直支煙道，取2=2；v=1.5m/s垂直支煙道至分煙管截面突增，取3=0.70；v=1.5m/s水平支煙道與水平主煙道成90轉(zhuǎn)彎加突擴，取4=2；v=1.5m/s，

38、,5=2，v=5m/s ，再45下降至風(fēng)機接口，取6=0.5；v=5m/s 則局部阻力h3為=61.07 Pa4 ) 摩擦阻力h4 對非圓形通道應(yīng)求當(dāng)量直徑d： 水平支煙道當(dāng)量直徑和長度（砌筑部分）：d1=0.13 m，l1=0.45 m垂直支煙道當(dāng)量直徑和長度（金屬管道部分）：d2=0.117m；l2=2m；水平支管道當(dāng)量直徑和長度（金屬管道部分）：d3=0.117m；l3=1m；主煙道直徑和長度（金屬管道部分）：d4= 0.567m；l4=10 m；摩擦阻力系數(shù)：金屬管取10.03，砌筑管道取20.05，則有h4=1*+2（+）*=6.34Pa5 ) 煙囪阻力h1. 煙囪尺寸煙囪排出煙氣量

39、為：V = 0.379m3/s煙囪高度為10米，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下取煙氣在煙囪內(nèi)的流動速度為10m/s，平均溫度為100，其直徑為：0.22m，取直徑為220mm2. 計算煙囪阻力= 132.8Pa 由于煙囪較矮，煙氣在煙囪中的流速比較大，煙囪本身的抽力尚不能克服煙囪本身的摩擦阻力及出口動壓頭的損失，因此煙囪本身也成為阻力作用。須用風(fēng)機來克服阻力。風(fēng)機應(yīng)克服的總阻力為：hx= h1+h2+h3+h4+h=149.04+61.07+6.34+132.8205.17Pa 10.2助燃風(fēng)管道系統(tǒng)阻力計算 由上面計算可知，每小時的空氣消耗量為：661.8Nm3 /h取送風(fēng)總管直徑，則管內(nèi)風(fēng)速為符合要求。該窯助

40、風(fēng)機設(shè)置在燒成帶最后一節(jié)，則助燃風(fēng)總管長為，則摩擦阻力損失為：局部阻力損失為：則總損失為（Pa)10.3 急冷風(fēng)管道系統(tǒng)阻力計算由熱平衡可算得，急冷風(fēng)量為：，急冷風(fēng)管道長度取急冷送風(fēng)管直徑為，則風(fēng)速為：。則摩擦阻力損失：局部阻力損失：則總損失為：10.4 抽熱風(fēng)管道系統(tǒng)阻力計算 抽熱風(fēng)由兩臺相同型號的風(fēng)機共同分擔(dān)，總風(fēng)量為，則單臺風(fēng)機的風(fēng)量為，抽熱風(fēng)管總長等于冷卻帶窯體總長，即L=34（m），這里只計算單臺風(fēng)機的阻力損失：取，則風(fēng)速，按此算得摩擦阻力損失分為兩部分，為抽熱風(fēng)管的損失，為送熱風(fēng)管的損失：局部阻力損失總損失10.5快冷送風(fēng)管道系統(tǒng)阻力計算 由熱平衡計算可得出快冷段送風(fēng)量為，取快冷風(fēng)

41、管道，則風(fēng)速，按此算得沿程損失局部損失總損失10.6風(fēng)機選型 排煙風(fēng)機 排煙量已由熱平衡計算求出，為Vg=1364.568 m3/h這是標(biāo)況下的風(fēng)量，應(yīng)換算成實際狀態(tài)下的風(fēng)量，另外還要考慮實際運行時留有余地，取風(fēng)機余量系數(shù)1.3，則排煙機選型風(fēng)量為： 排煙機應(yīng)具備的全風(fēng)壓力為： 助燃風(fēng)機：助燃風(fēng)機風(fēng)量，按排煙風(fēng)機計算步驟計算得，助燃風(fēng)機應(yīng)具備的風(fēng)量為：；全風(fēng)壓力。 急冷風(fēng)機：冷卻風(fēng)量；急冷風(fēng)機應(yīng)具備的風(fēng)量為：；全風(fēng)壓力。 抽熱風(fēng)機：,抽熱風(fēng)機應(yīng)具備的風(fēng)量為：；全風(fēng)壓力。 快冷送風(fēng)機：，快冷風(fēng)機應(yīng)具備的風(fēng)量為：；全風(fēng)壓力。十一工程材料概算11.1 窯體材料概算 本設(shè)計中所涉及的材料耗損率均取3% 石棉板，規(guī)格：=10mm取用到石棉板的窯