《熱工過程與設(shè)備》課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為5000t的的水泥窯用耐火材料產(chǎn)品燒成隧道窯的煙囪設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 字 第 院(系) 材料科學(xué)與工程 專 業(yè) 材料科學(xué)與工程 班 級 材料 0803 姓 名 濟(jì) 南 大 學(xué) 2012年01 月07日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 材料科學(xué)與工程 學(xué)院 材料科學(xué)與工程 專業(yè)學(xué)生姓名 學(xué)號 課程設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn)量為5000t的的水泥窯用耐 火材料產(chǎn)品燒成隧道窯的煙囪設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一條年產(chǎn)量為40000噸的水泥窯用耐火材料產(chǎn)品燒成隧道窯的煙囪。2 原始數(shù)據(jù)2.1 年產(chǎn)量 15000t 2.2 年工作日 330天/年2.3 成品率 90%2.4 制品入窯水分 2.0%2.5 裝車密度 6000kg/車2.6 高溫系數(shù) 0.82.7

2、最高燒成溫度 17502.8 燃料 煤氣（凈化）其組成： co h2 ch4 c2h4 co2 o2 n2 h2o 30.0 15.0 4.0 0.2 6.0 0.2 42.1 2.5 3氣候地址條件3.1 年最高溫度 383.2 年最低溫度 -103.3 年平均氣壓 745mm hg3.4 地耐力 150/cm23.5 地下水位 10m4設(shè)計(jì)目的本課程是繼熱工過程與設(shè)備課程的一個大型作業(yè)，要求應(yīng)用熱工過程與設(shè)備、工程制備、無機(jī)材料工工藝學(xué)、粉體工程及流體力學(xué)等知識，使理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來，學(xué)會查閱相關(guān)資料，掌握基本設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖技能，為以后的工作打下基礎(chǔ)。 5任務(wù)要求進(jìn)行隧道窯設(shè)計(jì)的基本計(jì)

3、算，繪制某一部分的結(jié)構(gòu)圖。具體內(nèi)容為： 5.1 進(jìn)行隧道窯窯型的選擇5.2 進(jìn)行燃料量，煙氣量的計(jì)算5.3 進(jìn)行燃燒用空氣量的計(jì)算5.4 進(jìn)行窯體尺寸計(jì)算5.5 確定窯體材料及厚度設(shè)計(jì)開始日期 2011年12月31日 指導(dǎo)教師 劉永杰 教研室主任 （簽字） 設(shè)計(jì)完成日期 2012年01月13日 院長（系主任） （簽字） 年 月 日目 錄 1 燒成制度的確定.12 窯體主要尺寸的確定.23 窯體及工作系統(tǒng)的確定.34 窯體材料以及厚度的確定.55 燃料燃燒計(jì)算.56 物料平衡計(jì).87 預(yù)熱帶和燒成帶的熱平衡計(jì)算.98 冷卻帶的熱平衡計(jì)算.159 煙囪的計(jì)算.2010 煙囪材料的選擇與計(jì)算.251

4、1 后記.3112參考文獻(xiàn).31前 言 本次設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一條年產(chǎn)量為40000噸的水泥窯用耐火材料產(chǎn)品燒成隧道窯的煙囪。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，是我對隧道窯和煙囪有了進(jìn)一步的了解，鞏固了所學(xué)的有關(guān)隧道窯及煙囪方面的知識。在初步理解隧道窯結(jié)構(gòu)和煙囪的基礎(chǔ)上，通過本次試驗(yàn)，使我對隧道窯及煙囪認(rèn)識更加全面。1 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，制定燒成制度如表1-1表1-1 燒成制度 溫度范圍（攝氏度） 時(shí)間（h） 202002.5預(yù)熱帶2006004預(yù)熱帶6009005預(yù)熱帶90012005.5預(yù)熱帶120015006燒成帶150017506燒成帶175017501

5、燒成帶175014503冷卻帶145010005冷卻帶 10008003冷卻帶 8004006冷卻帶 4002004冷卻帶 200803冷卻帶2 窯體主要尺寸的確定2.1 坯體的規(guī)格 選用高鋁磚作為燒制制品，干坯體中alo含量75%，結(jié)構(gòu)水含量5.72%坯體尺寸為230mm×172mm×75mm，制品密度為2500kg/m，每塊制品質(zhì)量m=7.4175kg。2.2 窯車的選擇 裝車密度 6000kg/車，則每車可裝：809塊窯車長設(shè)為2.5米 磚垛間距77mm，根據(jù)裝車塊數(shù)和磚的尺寸得出窯車尺寸：窯車長為2.5m，則可裝磚8塊,；寬為2.9m，則可裝磚11塊；高裝9層，加一

6、層底磚，共10層，底磚不計(jì)入產(chǎn)量裝磚的排列為 8×11×92.3 窯體尺寸的確定2.3.1 窯長的確定裝車密度相當(dāng)于8×11×9792塊/車，即每車裝磚質(zhì)量為 792×7.41755874.6kg裝車密度2349.86kg/m窯長l 129m窯內(nèi)容車數(shù)：n51.6輛，取52輛全窯不設(shè)進(jìn)車和出車室，所以窯的有效長度為 52×2.5130m2.3.2 各帶長度的確定預(yù)熱帶長41m燒成帶長32m冷卻帶長57m推車時(shí)間62.3分/車推車速度0.96車/小時(shí)2.3.3 窯寬的確定 如果窯寬太寬，兩側(cè)噴入火焰不能匯合，但考慮到窯車受熱膨脹，窯的內(nèi)

7、寬要比窯車兩邊各寬50mm，為了方便計(jì)算，根據(jù)窯車和制品的尺寸，窯內(nèi)寬取3m。2.3.4 窯高的確定 窯車內(nèi)裝磚高度為75×10750mm，軌面到窯車底的高度為250mm，窯車上設(shè)300高的通道，窯車襯面邊緣為200mm，為了方便計(jì)算和保證窯內(nèi)制品質(zhì)量，窯高取1.5m。3 窯體及工作系統(tǒng)的確定 3.1 窯體 以2米為一個模數(shù)單元節(jié)，全窯69.7米，共有35節(jié)。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。 3.1.1 鋼

8、架 每一鋼架的長度為2米，含鋼架膨脹縫。全窯共70個鋼架結(jié)構(gòu)，其高度寬度隨窯長方向會有所改變。鋼架主要有輕質(zhì)方鋼管、等邊角鋼等構(gòu)成，采用焊接工藝，并在焊接處出去焊渣、焊珠，并打磨光滑。窯墻直接筑在鋼板上，鋼架承擔(dān)著窯墻和窯頂及附屬設(shè)備的全部重量。 3.1.2窯墻 窯墻采用耐火隔熱材料。常用材質(zhì)如下：硅磚，聚輕高鋁磚，輕質(zhì)粘土磚，硅酸鋁纖維毯，硅鈣板，輕質(zhì)耐火材料。窯墻砌筑在鋼結(jié)構(gòu)上。每隔兩米留設(shè)20mm左右的熱膨脹縫，用含鋯棉填實(shí)。 3.1.3窯頂 窯頂是吊頂板或吊頂轉(zhuǎn)和角鋼或細(xì)鋼筋等組成的平頂結(jié)構(gòu)。角鋼直接焊接焊接在窯頂鋼架上，細(xì)鋼筋則做成鉤狀掛在窯頂鋼架上。吊頂板或吊頂轉(zhuǎn)與角鋼或細(xì)鋼筋緊固

9、。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，窯頂材料的輕質(zhì)化，可大大減少窯體蓄熱。 3.1.4 測溫孔 為了嚴(yán)密監(jiān)視及控制窯內(nèi)溫度和壓力制度，及調(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。測溫控的間距一般為3-5米，高溫煅布置密集些，低溫段布置相對稀疏。 3.1.5 曲封、砂封和車封 窯墻與要車之間、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6-8mm的鋼制裙板，窯車在窯內(nèi)運(yùn)動時(shí)，裙板插入窯兩側(cè)的內(nèi)裝有直徑為1-3mm砂子在砂封槽內(nèi)，隔斷窯車上下空

10、間。砂封槽用厚度3mm左右的鋼板制作而成，且留有膨脹縫。 3.2 排煙系統(tǒng) 為了更好地利用煙氣的熱量能，采用分散排煙的方式。在第一節(jié)兩側(cè)墻設(shè)置一道氣幕，在預(yù)熱帶設(shè)置十對排煙口，主煙道位于窯頭方向，上上排煙支閥。煙氣由各排煙口經(jīng)垂直之路進(jìn)入主煙道。 3.3 氣幕的設(shè)定 一號車位窯頭設(shè)封閉氣幕?？紤]煙氣溫度不是很高，窯頂采用鋼板風(fēng)盒，出風(fēng)與進(jìn)風(fēng)方向成90度角；窯兩側(cè)墻內(nèi)豎插管道，管壁開口與進(jìn)車方向成90度角。封閉氣幕的風(fēng)為外界空氣。 3.4 燃燒系統(tǒng)此窯采用兩側(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(zhǔn)裝載制品的下部火道，上部燒嘴噴火口對準(zhǔn)噴火口對準(zhǔn)裝載制品上部的部分

11、。燒嘴直接砌筑在窯墻上，采用剛玉材質(zhì)。4 窯體材料以及厚度的確定窯墻、窯頂所采用的材料及厚度應(yīng)滿足各段使用性能的要求，考慮各處的溫度，對窯墻、窯頂?shù)囊?，磚型及外型整齊等方面，根據(jù)上述原則，確定窯體的材料及厚度如下表4-1表4-1 窯體材料以及厚度 溫度范圍 長度m窯墻材料及厚度mm 窯頂材料及厚度mm聚輕高鋁磚輕質(zhì)粘土磚硅酸鋁纖維毯硅鈣板堇青石莫來石版硅酸鋁纖維/混合纖維巖棉毯結(jié)晶鋁纖維毯2001200412502305010201501200175031345150102301001017501000193451501023010010100080392302305010201505 燃料

12、燃燒計(jì)算5.1 燃燒所需空氣量燃料 煤氣（凈化） 組成： co h2 ch4 c2h4 co2 o2 n2 h2o 30.0 15.0 4.0 0.2 6.0 0.2 42.1 2.55.1.1 理論空氣量：vo20coh22ch4mcmhno2× ×30×152×43×0.20.2× 0.39nm3/nm3 va0 coh22ch4mcmhno2×× 0.39× 1.471nm3/nm35.1.2 實(shí)際空氣量：取1.1vava0 1.1×1.4171.618nm3/nm35.2 燃燒產(chǎn)生煙氣量

13、5.2.1 理論煙氣量： v0co2coh2h2o3ch4mcmhnn2×vo20× 630152.53×43×0.242.1×0.309× 2.244nm3/nm35.2.2 實(shí)際煙氣量 vv01×va0 2.2440.1×1.471 2.391nm3/nm35.3 發(fā)熱量的計(jì)算 qnet126co108h2358ch4590c2h4 126×30108×15358×4590×0.2 6950kj/nm35.4 燃燒溫度的計(jì)算5.4.1 理論燃燒溫度設(shè)煤氣、空氣進(jìn)入燃燒室時(shí)

14、的溫度均為20tth 查表得020平均比熱容為 ca1.296kj/nm3 cf1.32kj/nm3已知實(shí)際空氣量va1.618nm3/nm3煤氣實(shí)際煙氣量v2.391nm3/nm3煤氣tatf20tth2.391c2.391c7018.3設(shè)tth11800，c11.68kj/（nm3·） 2.931×1.68×180072307018.3設(shè)tth21700，c21.67kj/（nm3·） 2.931×1.67×180067887018.3tth1752.15.4.2 實(shí)際燃燒溫度取高溫系數(shù)為0.8tp0.8tth0.8×1

15、752.11402實(shí)際燃燒溫度為14025.4.3 空氣預(yù)熱溫度的計(jì)算 工藝要求溫度為1750，高于實(shí)際燃燒溫度，則空氣需要預(yù)熱才能達(dá)到要求tth2187.5vctthqnetcftfvacata2.391×1.68×2187.569501.32×201.618×cata1.618cata1810.5設(shè)ta800，ca1.343kj/（nm3·） 1.618×1.343×8001738.41810.5設(shè)ta900，ca1.398kj/（nm3·） 1.618×1.398×9002035.8181

16、0.5ta825空氣需預(yù)熱到825，為了保證燒成工藝的質(zhì)量合格及達(dá)到燒成溫度的要求，空氣預(yù)熱到8506 物料的量計(jì)算6.1 每小時(shí)燒成干制品的質(zhì)量g1 g15050.5kg/h6.2 每小時(shí)入窯干坯的質(zhì)量g2 坯體含有結(jié)構(gòu)水5.72% g2g1×5050.5×5356.9kg/h6.3 每小時(shí)欲燒成濕制品的質(zhì)量g3 坯體中自由水含量為2% g3g1×5356.9×5466.2kg/h6.4 每小時(shí)蒸發(fā)的自由水含量g4 g45466.25356.9109.3kg/h7 預(yù)熱帶和燒成帶的熱平衡計(jì)算7.1 確定熱平衡計(jì)算的基準(zhǔn)、范圍本次計(jì)算選用一小時(shí)為基準(zhǔn)，以

17、0度作為基準(zhǔn)溫度。以預(yù)熱帶和燒成帶作為計(jì)算范圍。7.2 熱平衡示意圖 qf qa qa qsqgq1q2q8 q3 q4 q5 q6 q7q1坯體帶入顯熱q2窯車帶入顯熱qf燃料帶入化學(xué)熱及顯熱qa助燃空氣帶入顯熱qa從預(yù)熱帶不嚴(yán)密處漏入空氣帶入顯熱qs氣幕、攪拌風(fēng)帶入顯熱q3制品帶出顯熱q4窯車散熱損失qg煙氣帶走顯熱q5窯墻、窯頂散熱損失q6窯車蓄熱及散熱損失q7物化反應(yīng)需熱q8其它熱損失7.3 熱收入項(xiàng)目7.3.1 坯體帶入顯熱q1q1g1c1t1kj/hg1入窯制品質(zhì)量 5466.2kg/ht1入窯制品溫度 20c1入窯制品的平均比熱c=0.84+0.23×10-3×

18、;20=0.8446kj/kg q1g1c1t15466.2×0.8446×2092335kj/h7.3.2 窯車帶入顯熱q2g窯車的質(zhì)量300kg t窯車入窯溫度 200cc窯車入窯的平均比熱0.965kj/kg·q2gct300×0.965×205790kj/h7.3.3 燃料帶入化學(xué)熱及顯熱qf qnet所用燃料煤氣低位發(fā)熱量6950 kj/nm3tf入窯燃料溫度 20cf入窯的平均比熱1.32kj/kg· qfqnettfcfx設(shè)每小時(shí)煤氣的消耗量為xm3/hqfqnettfcfx695020×1.32x

19、6976.4xkj/h7.3.4 助燃空氣帶入顯熱qaqv入窯助燃風(fēng)流量 va×x1.618xm3/h ta入窯助燃風(fēng)平均溫度850 ca入窯助燃風(fēng)平均比熱容1.34kj/kg·qaqvcata1.618x×1.34×8501842.9xkj/h7.3.5 從預(yù)熱帶不嚴(yán)密處漏人空氣帶入的顯熱qa取預(yù)熱帶煙氣中的空氣過剩系數(shù)g2.5，取燒成帶煙氣中的空氣過剩系數(shù)f1.1,qvx×gf×va0x×2.51.1×1.4712.0594xm3/hca1.30kj/kg· ta漏入空氣溫度20 qaqvcata2.

20、0594x×1.30×2053.5444xkj/h7.3.6 氣幕、攪拌風(fēng)帶入顯熱qs 氣幕包括封閉氣幕和攪拌氣幕，封閉氣幕只設(shè)置在窯頭，不計(jì)其帶入顯熱。取攪拌氣幕源為空氣，氣幕攪拌風(fēng)量一般為理論助燃空氣量的0.51.0倍，現(xiàn)取為0.5倍vs0.6qv0.6×1.618x0.9708xm3/ht20 c1.30kj/kg·qsvstscs0.9707x×1.3×2025.24xkj/h7.4 熱支出項(xiàng)目7.4.1 制品帶出顯熱q3g3出燒成帶產(chǎn)品質(zhì)量5050.5kg t3出燒成帶產(chǎn)品溫度1750 c3出燒成帶產(chǎn)品平均比熱1.24kj/

21、kg·q3g3t3c35050.5×1750×1.2410959585kj/h7.4.2窯車帶出顯熱q4g4窯車質(zhì)量300kg t4出燒成帶溫度1750 c41.22kj/kg·q4g4t4c4300×1750×1.22640500kj/h7.4.3煙氣帶走顯熱qg 設(shè)離窯煙氣溫度為t300 煙氣中包括燃燒生成的煙氣，預(yù)熱帶不嚴(yán)密處漏人空氣外，還有用于氣幕的空氣，用于氣幕的空氣vs0.9708xm3/h離窯煙氣體積 qgvg1×va0 vsca1.068 kj/kg·qgqgtgcg2.3912.51×1

22、.471x0.9708x×1.0628×200 1775xkj/h7.4.4 窯墻、窯頂散熱損失q5 假設(shè)窯墻外表面溫度為t=80預(yù)熱帶窯墻散熱損失此段長為l41m高為h1.05m在預(yù)熱帶（201200），窯墻所用的材料及物性參數(shù)如下：輕質(zhì)高鋁磚，厚度114mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.706w/m·輕質(zhì)粘土磚，厚度230mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.324 w/m·輕質(zhì)鈣硬板，厚度10mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.07 w/m·w/m2 不考慮車臺面以下窯墻散熱，窯內(nèi)高按1.05m來計(jì)算則兩側(cè)窯墻散熱量：q12qhl×3.62×524.5×4

23、1×1.05×3.6174476.5kj/h預(yù)熱帶窯頂散熱損失窯寬為w3m長度為l41m窯頂所用材料及物性參數(shù)如下：堇青石莫來石版，厚度20mm，導(dǎo)熱系數(shù)0.2 w/m·硅酸鋁棉 厚度230mm 導(dǎo)熱系數(shù)0.24 w/m·w/m2窯頂散熱量q2lwq×3.6501×41×3×3.6221842.8kj/h燒成帶窯墻散熱損失此段長l32m，高h(yuǎn)=1.05m燒成帶（12001750）墻體材料如下新型陶瓷耐火纖維 厚度114mm 導(dǎo)熱系數(shù)=0.03 w/m·輕質(zhì)高鋁磚 厚度230mm 導(dǎo)熱系數(shù)=0.706w/m

24、·輕質(zhì)鈣硬板 厚度10mm 導(dǎo)熱系數(shù)=0.07 w/m·w/m2q32qlh×3.62×326.7×32×1.05×3.639517.6kj/h燒成帶窯頂材料如下氧化鋁晶體耐火纖維，厚度20mm 導(dǎo)熱系數(shù)=0.03 w/m·硅酸鋁棉，厚度230mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.24w/m·w/m2q4lwq×3.63.6×3×32×858296524.8kj/h q5q1q2q3q4732361.7kj/h7.4.5窯車蓄熱和散失熱量q6 經(jīng)驗(yàn)證，窯車散熱損失占總收入熱量的10%

25、7.4.6 物化反應(yīng)耗熱q77.4.6.1 自由水蒸發(fā)吸熱q1g1109.3kg tg1離窯溫度300q1g1×24901.93tg1 109.3×24901.93×300334521kj/h7.4.6.2 結(jié)構(gòu)水脫水吸熱q2 q26700q q入窯制品所含結(jié)構(gòu)水的質(zhì)量流量306.4kg/h q2306.4×67002052880kj/h7.4.6.3 其余物化反應(yīng)q3制品中含75%al2o3q3g3×2100×w（al2o3）其中，g3為入窯干制品質(zhì)量流量5356.9kg/h2100為1kg al2o3的反應(yīng)熱（kj/kg）w（al

26、2o3）為高鋁磚中的al2o3含量（%）75%q35356.9×2100×0.758437117.5kj/h則物化反應(yīng)總耗熱為q7q1q2q310825439.2kj/h7.4.7 其它熱損失q8 一般取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此項(xiàng)熱支出占熱收入的5%10%，本次取5%7.5列熱平衡方程式熱收入熱支出q1+q2+qf+qa+qaqs=q3+q4+qg+q5+q6+q7q80.859233557906976.4x1842.9x53.5444x25.24x109595856405001775x732361.710825439.2解得x3986.3nm3/h7.6 預(yù)熱帶和燒成帶熱平衡如下表7

27、-1表7-1 預(yù)熱帶和燒成帶熱平衡熱收入熱支出項(xiàng)目kj/h %項(xiàng)目kj/h % 坯體帶入顯熱923350.26 制品帶走顯熱1095958532.26 燃料化學(xué)顯熱27810023.3278.19 煙氣帶走顯熱7075682.520.83 助燃空氣顯熱7346352.2720.65 窯車帶走顯熱6405001.89 漏入空氣顯熱213444.040.6 物化反應(yīng)耗熱10825439.231.87 窯車帶入顯熱57900.017 窯車積、散熱3556862.110.47 氣幕顯熱100614.20.283 其他熱損失177843.10.52 窯墻、窯頂散熱損失732361.72.16總計(jì)3396

28、8558.83100總計(jì)33968273.6100 兩者之間存在的誤差很小說明整個預(yù)熱帶、燒成帶熱量可認(rèn)為是收支平衡的，熱收入的主要來源是燃料化學(xué)顯熱及助燃空氣顯熱，而熱支出主要是由 制品帶走顯熱、煙氣帶走顯熱、物化反應(yīng)耗熱和窯車積、散熱。8 冷卻帶的熱平衡計(jì)算8.1 確定熱平衡計(jì)算的基準(zhǔn)、范圍 本次計(jì)算選用一小時(shí)為基準(zhǔn)，以0度作為基準(zhǔn)溫度。以冷卻帶作為計(jì)算范圍。8.2 熱平衡示意圖q2 q1 q4q3 q5 q6 q7 q8q1制品帶入顯熱q2窯車帶入顯熱q3急冷風(fēng)與窯尾風(fēng)帶入顯熱q4窯車散熱損失q4制品帶出顯熱q5窯墻、窯頂散熱損失q6窯墻、窯頂散熱損失q7抽走余風(fēng)帶走熱量q8其它熱損失8

29、.3 熱收入項(xiàng)目8.3.1 制品帶入顯熱q1制品帶入顯熱即為預(yù)熱帶和燒成帶制品帶出顯熱q3q110959585kj/h8.3.2窯車帶入顯熱q2 預(yù)熱帶和燒成帶窯車散失的熱量占窯車積熱的10%，即90%的熱量進(jìn)入了冷卻帶 q2=×90%=32006547.9kj/h8.3.3 急冷風(fēng)與窯尾風(fēng)帶入顯熱q3 設(shè)窯尾風(fēng)量為vx，一般急冷風(fēng)量為窯尾風(fēng)量的（），本設(shè)計(jì)取急冷風(fēng)量是窯尾風(fēng)量的，則急冷風(fēng)與窯尾風(fēng)的總風(fēng)量為1.5vx?？諝鉁囟萾a20，此時(shí)空氣的平均比熱為1.296kj/nm3·，則： q3vacata=1.5 vx×1.296×2038.88 vxkj

30、/h8.4 熱支出項(xiàng)目8.4.1 制品帶出顯熱q4 g制品出窯質(zhì)量流量5356.9kg/h t出窯產(chǎn)品溫度80 ca出窯產(chǎn)品平均比熱0.84+0.23×10-3t kj/kg· 0.84+0.23×80×0.001=0.8584kj/kg· q4gtc5356.9×0.8584×80367869kj/h8.4.2窯車蓄熱，帶出及散失之熱q5 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此熱量占窯車帶入熱量的55%。 q5q2×55%=32006547.9×0.5517603601.4kj/h8.4.3 窯墻、窯頂散熱損失q6 窯墻散熱損失

31、 此部分窯長為57m分為兩段（17501200）和（120080）第一段窯墻（17501200段）長l19m h1.05m窯用材料為：聚輕高鋁磚，厚度114mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.45w/m·硅酸鋁棉，厚度100mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.24w/m·輕質(zhì)粘土磚，厚度230mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.342w/m·w/m2q52lhq×3.62×1039×19×1.05×3.6149242kj/h窯頂（17501200）長度l=19m，w=3.2m窯頂所用材料為：莫來石絕熱磚，厚度230mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.23w/m·硅酸鋁

32、棉，厚度230mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.24w/m·q6=lwq×3.6=19×3×748.5×3.6153592.2kj/h第二段窯墻（120080）段，長度為l38m h1.05m窯墻所用材料為：輕質(zhì)高鋁磚，厚度114mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.706w/m·輕質(zhì)粘土磚，厚度230mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.536w/m·硅酸鈣硬板，厚度10mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.07w/m·w/m2q7=2lhq×3.6=2×38×763.5×1.05×3.6219338.28kj/h窯頂（12008

33、0）段寬度w=3.2m窯頂所用材料為：堇青莫來石板，厚度20mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.2w/m·硅酸鋁棉，厚度230mm，導(dǎo)熱系數(shù)=0.24w/m·w/m2q8=lwq×3.6=38×3×529×3.6217101.6kj/h冷卻帶散失熱量總和為q6q5q6q7q8739274kj/h8.4.4抽走余風(fēng)帶走熱量q7 q7=q7cata 其中，q7為抽走余熱風(fēng)流量（nm3/s）：該窯不用冷卻帶熱空氣作二次空氣，冷卻帶鼓入風(fēng)量全部用于氣幕，體積為q7=1.5vxnm3。漏出空氣忽略不計(jì) ta為抽走余熱風(fēng)的平均溫度（）：取ta=400。 查表，t

34、a=400時(shí)，熱空氣的平均比熱為1.329 kj/kg· q7=1.5vx×400×1.329=797.4vx8.4.5其它散熱損失q8 其它熱損失為熱收入的5%。8.5列平衡方程式熱收入熱支出q1+q2+q3=q4+q5+q6+q7+q80.951095958532006547.938.88 vx36786917603601.4739274797.4vx解得 vx29070.5nm3/h每小時(shí)冷卻風(fēng)量為 vx29070.5nm3/h8.6 冷卻帶熱平衡如下表8-1表8-1 預(yù)熱帶和燒成帶熱平衡熱收入熱支出項(xiàng)目kj/h %項(xiàng)目kj/h % 制品帶入顯熱109595

35、8524.85 制品帶出顯熱3678690.83急冷風(fēng)與窯尾風(fēng)帶入顯熱32006547.972.58 窯車蓄熱，帶出及散失之熱17603601.439.92 窯車帶入顯熱1130261.042.57窯墻、窯頂散熱損失7392741.68 抽走余風(fēng)帶走熱量23180816.752.57 其它散熱損失2204819.75.0總計(jì)44096393.94100總計(jì)44096380.8100 兩者之間存在的誤差很小說明整個冷卻帶熱量可認(rèn)為是收支平衡的，熱收入的主要來源是制品帶入顯熱、急冷風(fēng)與窯尾風(fēng)帶入顯熱，而熱支出主要是由窯車蓄熱，帶出及散失之熱和抽走余風(fēng)帶走。9 煙囪的計(jì)算9.1 計(jì)算排煙系統(tǒng)的管道尺

36、寸9.1.1 排煙系統(tǒng)需排除煙氣量 v實(shí)際煙氣量2.391nm3/nm3 vs0.9708x用于氣幕的空氣量x每小時(shí)煤氣的消耗量3986.3nm3/h每小時(shí)冷卻風(fēng)量為 vx29070.5nm3/hvgv×xvxvs 2.391×3968.329070.50.9708×3968.3 422411.1nm3/h 11.8nm3/s 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)成兩側(cè)支煙道都設(shè)計(jì)成垂直向上在匯聚到窯頂中間主煙道9.1.2 排煙口及水平支煙道尺寸設(shè)共有23對排煙口，則每個排煙口的煙氣流量為：qv0.257m3/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

37、小則管道直徑過大，造成浪費(fèi)，煙氣在磚砌管道中的流速取經(jīng)驗(yàn)值v1.5m/s，煙道截面積為：a0.171m2綜合考慮取排煙口取長0.5m，寬為0.5m的方形排煙口9.1.3 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。取長0.5m,則寬為0.5m其截面積為：0.5×0.50.25m2其水力半徑為：r0.5m窯墻以上部分用金屬管道連接，考慮到實(shí)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=500mm。此部分垂直煙道高度約為1m左右，實(shí)際距離要以現(xiàn)場風(fēng)機(jī)等安裝位置的實(shí)際情況為準(zhǔn)。9.1.4水平煙道尺寸設(shè)主煙道的排煙氣流量為5m/s水平主煙道長

38、度為10m，直徑為2=0.9m9.2阻力的計(jì)算阻力計(jì)算包括料垛阻力、位壓阻力、摩擦阻力和煙囪阻力的計(jì)算之和9.2.1 料垛阻力h1取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每米窯長料垛阻力為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，按經(jīng)驗(yàn)值取h115pa9.2.2 位壓阻力h2風(fēng)機(jī)與煙囪設(shè)在窯外車間的地面上，煙氣從排煙口到風(fēng)機(jī)煙囪底部，位置升高1.5m，取煙氣平均溫度為300。h2h（a-g）·g 1.51.293×1.295××9.81 7.6pa9.2.3 局部阻力h3煙氣從爐膛進(jìn)入排煙口，突然縮小，取10.5；v1.5m/s90°轉(zhuǎn)彎至垂直支煙道，取2

39、2；v1.5m/s90°轉(zhuǎn)彎至水平分煙管，取32；v1.5m/s水平支煙道與水平主管成90°，取41.0；v1.5m/s水平主管90°轉(zhuǎn)彎，取5=2；v=5m/s再45°下降至風(fēng)機(jī)接口，取60.5；v5m/she46×1-4+5-6 46×（0.5221）×0.617×（0.52）×0.617× 194.88pa9.2.4 摩擦阻力h4 對非圓形通道應(yīng)求當(dāng)量直徑d砌筑部分 排煙口的當(dāng)量直徑和長度 d1，l10.5m 垂直支煙道當(dāng)量直徑和長度d2，l21m金屬管道部分垂直支煙道當(dāng)量直徑和長度d31

40、m，l31.2m水平支煙道當(dāng)量直徑和長度d41m，l41m水平主煙道當(dāng)量直徑和長度d51.8m，l510m摩擦阻力：h446×1××46×2××2× 46×0.05×××0.61746×0.03×××0.6170.03×××0.6174.82.11.38.2pa9.2.6 排煙系統(tǒng)阻力h 排煙阻力富余30hh1h2h3h4×1.3 157.6194.888.2×1.3 273.6pa9.3 煙囪的

41、計(jì)算9.3.1 煙囪的頂部直徑dt和底部直徑db取煙氣出煙囪口速度t4nm/sdt1.94m估計(jì)煙囪高度h53.6mdbdt0.010.02h 1.940.02×53.62.5m煙囪平均直徑dav2.529.3.2 煙囪高度h煙囪內(nèi)煙氣溫降取值2.5/m，在估算煙囪高度上共降溫53.6×2.5134煙囪出口處煙氣溫度為 300134166煙囪內(nèi)煙氣的平均溫度 233煙囪底部煙氣流速b b1.6m/s煙囪內(nèi)煙氣平均流速av av2.4m/s煙囪高度hh 66m 10 煙囪材料的選擇與計(jì)算經(jīng)計(jì)算得煙囪高接近59.5m,考慮到強(qiáng)度、安全和施工便利等諸多因素可以將此煙囪設(shè)計(jì)為成鋼筋

42、混凝土煙囪?；炷敛捎脴?biāo)號為200的普通硅酸鹽水泥混凝土。因?yàn)榕懦鰺煔獾臏囟仍?00,而所選的普通鋼筋混凝土最高使用溫度為200，所以將煙囪設(shè)計(jì)為多筒型煙囪。平均溫度降為2.5/m將煙囪分成三段，最底段內(nèi)嵌兩層隔熱材料，中間段內(nèi)嵌一層隔熱材料，最上段為普通鋼筋混凝土。因?yàn)闊焽璧撞繜煔鉁囟茸罡撸詢H對底部所選材料和使用材料的厚度進(jìn)行校驗(yàn)即可?，F(xiàn)對最底段的隔熱材料選擇如下：內(nèi)層選用硅藻土磚 厚度1=0.23m中層水泥膨脹珍珠巖制品 厚度2=0.095m外層普通鋼筋混凝土 厚度3=0.4m 總厚度=0.725m查煙囪設(shè)計(jì)手冊表2-4得硅藻土磚 導(dǎo)熱系數(shù)1=0.15+0.0002t 密度700kg/

43、m3水泥膨脹珍珠巖制品 導(dǎo)熱系數(shù)2=0.06+0.0001t 密度350kg/m3普通鋼筋混凝土 導(dǎo)熱系數(shù)3=1.3+0.0004t 密度2400 kg/m3對所選材料進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算：tkt0t3t2tbt1煙氣溫度tb=300；夏季極端最高溫度t=38；假設(shè)各點(diǎn)溫度 導(dǎo)熱系數(shù)w/m  w/m  w/m 各層的熱阻 r0=0.030 r1= r2= rw=總熱阻 rz=0.030+1.139+1.188+0.298+0.100=2.755各點(diǎn)計(jì)算溫度硅藻土磚最高使用溫度900 t0<900水泥膨脹珍珠巖制品最高使用溫度600 t1<600鋼筋混凝土使用溫

44、度低于200 t2<200因此所選材料符合建設(shè)要求計(jì)算用量 窯高分為三段，如下：300-225 窯高30米 下底直徑3.30米 上底直徑2.682米225-175 窯高20米 下底直徑2.682米 上底直徑2.27米175-135 窯高16米 下底直徑2.27米 上底直徑1.94米最下段0-30米內(nèi)層硅藻土磚 厚度0.23米中層水泥膨脹珍珠巖制品 厚度0.095米外層普通鋼筋混凝土 下底面厚度0.40米 上底面厚度0.20米所圍成的體積都是空心圓臺硅藻土磚的用量計(jì)算如下：上底直徑2.682米 下底直徑3.30米粘土耐火磚上底直徑30142米 下底直徑3.760米 s=7.75 s=11.

45、098v2=×30×（7.75+11.098）=281.2粘土耐火磚用量=v2-v1=69.75m3膨脹珍珠巖上底直徑3.332m下底直徑3.95ms=8.715s=12.248v3=×30×（8.715+12.248）=255.415m3用量=v3-v2=23.5m3鋼筋混凝土上底直徑4.132米 下底直徑4.35米s=13.4 s=14.9v4=×30×（13.4+14.9）=336.2m3用量=v4-v3=80.79m331-50米內(nèi)層硅藻土磚 厚度0.23米外層鋼筋混凝土 下底厚度0.25米 上底厚度0.01米中空上底直徑2.

46、270米 下底直徑2.682米s'=4.045 s=5.647v5=×20×（4.045+5.647）=58.368m3硅藻土磚上底直徑2.73米 下底直徑3.142米s=5.851 s=7.75v6=×20×（5.851+7.75）=115.26m3用量=v6-v5=56.9m3鋼筋混凝土上底直徑2.75米 下底直徑3.642米s=5.937 s=10.412v7=×20×（5.937+10.412）=136m3用量=v7-v6=20.74m351-66米紅磚的尺寸240mm×115mm×53mm,j建窯的時(shí)候磚長邊指向窯心，即紅磚厚度0.24米空心上底直徑1.94米 下底直徑2.27米s=2.95 s=4.045v8=×16×（2.95+4.045）=4.045m3紅磚上底直徑2.42米 下底直徑2.75米s=4.6 s=5.9v9=×16