輥道窯設計計算

1、 我說設計的生產(chǎn)拋光磚的輥道窯，長131m，寬2m，高1.2m（輥上0.5m，輥下0.7m），年生產(chǎn)任務350萬片，屬大型輥道窯。最高溫度為1350，使用的燃料為焦爐煤氣。 一：設計任務書及原始資料院（系） 材料學院 2010 年7 月 1日專業(yè)無機非金屬班級0701學生姓名陳鋒指導教師孟獻豐老師題目年產(chǎn)360萬片拋光磚輥道窯設計主要研究內(nèi)容和設計技術參數(shù)：1.年產(chǎn)量：360萬片，每年以350天計算2.坯料組成：SiO2Al2O3Fe2O3K2O+Na2OCaOMgO灼減71.9218.270.620.0380.250.64.63產(chǎn)品規(guī)格： 600×600×10mm,單重7

2、. 4公斤；坯體線收縮率：10%4入窯水分：1%5產(chǎn)品合格率：99%6燒成周期：50分鐘7溫度制度：如下表。（最高燒成溫度：1350）溫度/40-500500-750750-11001100-13501350保溫1350-800800-400400-80時間/min6.44.16.02.410.53.39.388燒成氣氛：全氧化氣氛9. 燃料焦爐煤氣：CoH2CH4C2H4H2SCO2N2O2比熱Qnet(MJ/Nm3)8.053.222.74.00.34.07.00.81.41kj/Nm3/15.210.其他條件自定基本要求（含成果要求）：· 獨立思考完成；· 設計計算準

3、確，窯體結構及工作系統(tǒng)安排合理；· 說明書完整詳細，并按格式排版打??；· 圖紙整潔清晰，制圖規(guī)范，尺寸齊全，計算機打印出圖；· 設計圖紙范圍：窯體結構圖，窯體斷面圖。工作進度計劃：2010.6.282010.7.9 共兩周。在計算中心進行集中上機（地點：科技館計算中心），每人20學時。注意： 2010.7.9下午答辯，請將說明書電子稿和CAD繪圖文件一起交上，文件名保存為：如陳鋒同學的文件名為“無機071陳鋒窯爐設計說明書”）， 過期不候。二. 窯體主要尺寸的確定2.1 內(nèi)寬的確定2.1.1 窯內(nèi)寬初步確定內(nèi)寬坯體尺寸=產(chǎn)品尺寸/（1-燒成收縮）=600/（1-1

4、0%）=666.67mm為計算窯內(nèi)寬方便取為667mm，我設計的是兩片并排燒，兩側坯體與窯墻之間的距離取185mm，兩片磚間距300mm. 所以B=2×667+2×185+300=2000mm，取B=2000mm。2.1.2確定內(nèi)寬窯內(nèi)寬B=667+2×185+300=2000mm，取B=2000mm。2.2 窯體長度的確定2.2.1 窯體長度的初步確定生產(chǎn)任務G 同一列磚磚距取50 mm ，則裝窯密度（件/每m窯長） 所以窯長=129m2.2.2窯體有效長度的計算因為是輥道窯，設設三個磚為一節(jié)，則每節(jié)長度為（667+50） 3=2150mm ， 節(jié)數(shù)=（節(jié)）取節(jié)

5、數(shù)為 60節(jié) 。因而窯長度為： mm 再加上進口和出口各兩米所以總長為129+4=133m2.3 窯內(nèi)高度的確定 輥道窯的內(nèi)高被輥子分隔成輥上高和輥下高兩部分。內(nèi)高是制品在窯內(nèi)傳熱和燒成的空間，內(nèi)高必須合理，既能有利于產(chǎn)品換熱滿足煙氣有足夠的流動空間，又必須滿足一定的燒成空間和冷卻空間，所以，內(nèi)高的確定有一定的原則，經(jīng)過一段時間的查閱資料，我設計的窯爐內(nèi)高如下表：位置預熱帶燒成帶冷卻帶輥上高500mm500mm500mm輥下高700mm700mm700mm總內(nèi)高1200mm1200mm1200mm三 燒成制度的確定窯爐的燒成制度取決于坯釉料的組成和性質(zhì)、坯體的造型、大小和厚度以及窯爐結構、裝窯

6、的方法、燃料種類等等因素。而燒成制度主要包括溫度曲線、壓力曲線和氣氛控制。燒成制度的制定原則有以下四點：· 在各階段應有一定的升降溫速度，不得超過;· 在適宜的溫度下應有一定的保溫時間，以使制品內(nèi)外溫度趨于一致，皆達到燒成溫度，保證整個制品內(nèi)外燒結；· 在氧化還原階段應保持一定的氣氛制度；· 全窯應有一個合理的壓力制度，以確保溫度制度和氣氛制度的實現(xiàn)。該窯的燒成制度如下:· 燒成周期：50min· 氣氛制度：全窯氧化氣氛· 各溫度帶的劃分名稱溫度（/）時間（/min）升溫速率（/·min-1）節(jié)數(shù)（/節(jié)）窯前帶40

7、5006.471.87518預熱帶5007504.160.98913預熱帶75011006.0751420燒成帶（保溫）110013502.4104.172123燒成帶135010.502435急冷帶13508003.6-152.783639緩冷帶8004009.3-43.014050緩冷帶400808.0-405060總計5060燒成曲線：見CAD圖紙窯體各帶長度的確定根據(jù)燒成曲線中溫度的劃分，各段長度：預熱帶： （節(jié)） 取20節(jié)燒成帶： （節(jié)） 取15節(jié) 冷卻帶： （節(jié)） 取25節(jié) 四：工作系統(tǒng)的確定輥道窯的工作系統(tǒng)包括排煙系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，下面是各系統(tǒng)的初步安排。4.1排煙系統(tǒng)

8、 在預熱帶第317節(jié)設置15對排煙口，每段或在窯頂或在窯底設置一對排煙口，窯頂窯底交錯分布。煙氣經(jīng)過各排煙口到窯墻內(nèi)的水平通道，由第10節(jié)的垂直通道進入抽煙機，然后由煙囪排至大氣。4.2燃燒系統(tǒng)因所設計的為明焰輥道窯，且使用天然氣作燃料，所以采用全部噴入窯道內(nèi)燃燒的方式，通過燒嘴在燃道中空部分燃燒。在2034節(jié)的輥子上下各設24對噴嘴，不等距分布，兩側交錯分布。在燃燒帶的輥上設置觀察孔，以便更好的觀察火焰的燃燒情況，便于操作控制。4.3冷卻系統(tǒng)制品在冷卻帶有晶體成長，轉(zhuǎn)化的過程，并且冷卻出窯是整個燒成過程最后的一個環(huán)節(jié)。從熱交換的角度來看，冷卻帶實質(zhì)上是一個余熱回收設備，它利用制品在冷卻過程中

9、所放出的熱量來加熱空氣，余熱風可供干燥，達到節(jié)能的目的。4.3.1 急冷帶 第3639節(jié)為7m急冷帶，由側墻上的小孔直接吸入車間冷空氣，冷卻氣體的流動方向與拋光磚的前進方向相同。雖然逆流效率更高，但是逆流溫差太大，容易使產(chǎn)品變形，所以要采用順流。輥上，輥下各設3個內(nèi)徑76mm急冷風管。4.3.2 緩冷帶 第4060為緩冷帶，制品冷卻到800400范圍時，是產(chǎn)生冷裂的危險區(qū)，應嚴格控制該冷卻降溫速率。為達到緩冷目的，一般采用熱風冷卻制品的辦法。大多數(shù)輥道窯在該處設有36處抽風口，使從急冷段與窯尾段過來的熱風流經(jīng)制品，讓制品慢速均勻得冷卻。在第4048節(jié)各設一對抽風口從4957抽熱風冷卻。第495

10、8各設一對進風口，自然風冷卻。4.4傳動系統(tǒng)4.4.1輥子材質(zhì)的選擇 輥道窯對輥子材料要求十分嚴格，它要求制輥子材料熱脹系數(shù)小而均勻，高溫抗氧化性能好，荷重軟化溫度高，蠕變性小，熱穩(wěn)定性和高溫耐久性好，硬度大，抗污能力強。常用輥子有金屬輥和陶瓷輥兩種。為節(jié)約費用，不同的溫度區(qū)段一般選用不同材質(zhì)的輥子。本設計在選用如下：低溫段（40500和40080 ）無縫鋼管輥棒中溫段（5001100和800400）氧化鋁瓷質(zhì)陶瓷棒高溫段（11001350和1350）碳化硅輥棒4.4.2輥子直徑與長度的確定輥子的直徑大，則強度大；但直徑過大，會影響窯內(nèi)輻射換熱和對流換熱。因設計的窯道比較長，寬度比較大，本設計

11、輥子的直徑要大些，故選用直徑為50mm的輥棒，而長度則取2800mm。4.4.3輥距的確定 為了保證無論何時制品在轉(zhuǎn)動過程中都有3根輥棒，所以應取問產(chǎn)品的1/4以下，即輥距不大于600/4=150mm，考慮到該窯還用于燒制其他規(guī)格小的制品，因此，最終確定輥距為：50mm，每節(jié)窯為2150/50=43根。4.4.4傳動系統(tǒng)的選擇考慮到產(chǎn)品的質(zhì)量問題， 輥道窯的傳動系統(tǒng)由電機、鏈傳動和齒輪傳動構所組成。該設計選用多電機分段傳動分段帶動的傳動方案。將窯分成30段，每段由一臺電機托動，采用變頻調(diào)速。所有電機可以同時運行，每臺亦可單獨運行。五 燃料及燃料計算5.1燃料的組成燃料組成如下表：焦爐煤氣：Co

12、H2CH4C2H4H2SCO2N2O2比熱Qnet(MJ/Nm3)8.053.222.74.00.34.07.00.81.41kj/Nm3/17.85.2 燃燒所需空氣量該窯用的是焦爐煤氣，其低熱值為：Qd=17800Kj/Bm3當煤氣的低熱值大于14650 Kj/Bm3時，用經(jīng)驗公式理論空氣量： Va0=-0.25=4.37 m3取空氣過剩系數(shù)為1.29 Va= Va0=4.371.29=5.64 m35.3 生成煙氣量計算煙氣量用經(jīng)驗公式，理論煙氣量： V0=+0.25=5.09 m3 V= V0+(a-1)Va0=6.17 m35.4實際燃燒溫度計算 t=空氣及燃料溫度均按在室溫20 時

13、計算，熱分解不考慮時,空氣比熱為Ca1.47KJ/M3.假設溫度等于1700 ，此時Cf=1.63 KJ/M3.，代入公式得 t=1786相對誤差，|5%，所設合理。取高溫系數(shù)為0.8，則實際燃燒溫度為0.8X1786=1428，比燒成溫度1350高78，認為合理。六：窯體材料確定1、窯體材料確定原則窯體材料要用耐火材料和隔熱材料。耐火材料必須具有一定的強度和耐火性能以便保證燒到高溫窯體不會出現(xiàn)故障。隔熱材料的積散熱要小，材質(zhì)要輕，隔熱性能要好，節(jié)約燃料。而且還要考慮到廉價的材料問題，在達到要求之內(nèi)盡量選用價廉的材料以減少投資。· 窯體材料厚度的確定原則· 為了砌筑方便的外

14、形整齊，窯墻厚度變化不要太多。· 材料的厚度應為磚長或磚寬的整數(shù)倍；墻高則為磚厚的整數(shù)倍，盡量少砍磚。· 厚度應保證強度和耐火度。綜合以上原則,我設計的全窯材料及厚度如下表所示:節(jié)數(shù)窯體位置材料名稱使用溫度導熱率W/（m.）厚度mm密度Kg/m3120和4060窯墻粘土磚14000.835+0.58×10-3t230高純型耐火纖維針刺氈11000.09（400）100耐熱鋼板20窯頂粘土磚14000.835+0.58×10-3t230高純型耐火纖維針刺氈11000.09（400）100耐熱鋼板20窯底高鋁磚15001.52+0.18×10-3t

15、113輕質(zhì)粘土磚13000.26+0.26×10-3t11310002139窯墻硅磚18500.92+0.7×10-3t 230含鋯型硅酸鋁纖維板10500.18（1000）120耐熱鋼板20窯頂硅磚18500.92+0.7×10-3t230含鋯型硅酸鋁纖維板13500.18（1000）120耐熱鋼板20窯底高鋁磚15001.52+0.18×10-3t113輕質(zhì)粘土磚14000.41+0.35×10-3t1131300入口及出口窯墻紅磚6000.80+0.31×10-3t240窯頂紅磚6000.80+0.31×10-3t24

16、0窯底紅磚6000.80+0.31×10-3t240七 熱平衡計算7.1預熱帶和燒成帶的熱平衡計算 7.1.1 熱收入項目 （1） 制品代入顯熱 Q1=G1C1t1 kj/h其中： G1濕制品質(zhì)量(Kg/h) C1制品的比熱 t1 制品的溫度據(jù)物料平衡計算中可知Gsp3391.9 (Kg/h)；又因為預熱帶從第1節(jié)開始, 此時第1節(jié)的溫度t120；制品的比熱 C10.84+26×10-5×40=0.95代入數(shù)據(jù)的 Q1 =128892.7(KJ/h)（2）燃料帶入化學熱及顯熱QffQfX（Qd+Cftf）其中 X每小時消耗的燃料量m3/h Qd燃料的低位熱值KJ/

17、hcf20時的比熱KJ/ m3· tf天然氣的溫度查表可知cf1.38KJ/( m3·)已知Qd17800KJ/M3，tf20 代入數(shù)據(jù)得 Qf=17898.7X (KJ/h)(3) 助燃空氣帶入顯熱Qa (KJ/h)故QaVa cata5.64X×20×1.30146.64X(KJ/h)(4) 預熱帶漏入空氣帶入顯熱Qa(KJ/h)取預熱帶空氣過剩系數(shù)g2.5，漏入空氣溫度ta20，ca1.30 KJ/( m3·) 漏入空氣總量為Va Mf（g-）Va其中 Va 4.37VaX（2.5-1.29）×4.37=5.29XQa Vaca

18、ta5.29X×1.30×20137.5X (KJ/h)7.1.2 熱支出項目(1) 產(chǎn)品帶出顯熱Qg（KJ/h）燒成產(chǎn)品質(zhì)量G3= Ggp（100-5）%=559.5×（100-5）%=531.53（KJ/h）制品出燒成帶產(chǎn)品溫度T21380查表可知：產(chǎn)品平均比熱為：c20.84+26×10-5×13801.20 KJ/Kg·則Q2GmC2T2531.53×1.20×1380880214（KJ/h）(2)煙氣帶走顯熱Qg（KJ/h）每小時離窯煙氣量：VgVg0+（g-）Va0×X5.09+(2.5-1.

19、29)×4.37X=10.04X（m3/h）煙氣離窯溫度一般tg250，查表得此時煙氣的平均比熱為：cf1.44KJ/m3則Qg Vg cf tg10.04X×1.44×2503614.4X（KJ/h）(3) 物化反應耗熱Q4（KJ/h）不考慮制品所含之結構水，自由水質(zhì)量：Gw33.9Kg/h煙氣離窯溫度：Tg250，(3)-1 自由水蒸發(fā)吸熱 QwGw（2490+1.93Tg）33.9×（2490+1.93×250）100767.75 （KJ/h）(3)-2其余物化反應熱Qr用AL2O3反應熱,近似代替物化反應熱,入窯干制品質(zhì)量Gg=3358

20、.0 (Kg/h)AL2O3含量為18.27%,所以Qr=Gg×2100×AL2O3%=3358.0×2100×18.27%=1288363.86 (KJ/h)所以,總的物化反應耗熱Q4Qw+ Qr100767.75+1288363.861389131.61 （KJ/h）（4）通過窯墻窯頂散失的熱量 根據(jù)各處材料的不同，并考慮溫度范圍不能太大，將預熱帶和燒成帶窯墻分成3段計算，具體結果如下表： 溫度范圍/長度/m窯墻頂散熱/ KJ/h窯底散熱/ KJ/h總散熱/ KJ/h第一段4075028134884.9199652.5334537.4第二段75011

21、0015163752.2314161.6477913.8第三段1100135033973511.81386522.92360034.7Q總=3172485.6 （KJ/h）· 其他熱損失 Q5 取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，占熱收入的5%。7.1.3 列熱平衡方程式· 熱收入=熱支出 代入數(shù)據(jù)得 （128892.7+18182.84X）X0.95=9708039.21+3614.4X 所以X=702 m3即每小時需焦爐煤氣702 m37.1.4 列熱平衡表 預熱帶燒成帶熱平衡表 熱收入 熱支出項目KJ/h% 項目KJ/h %坯體帶入顯熱128892.71.0產(chǎn)品帶出顯熱514642240.0

22、燃料化學熱及顯熱12564887.497.6窯體散失熱3172485.624.6助燃空氣顯熱821340.6物化反應熱1389131.610.8漏入空氣顯熱965250.8煙氣帶走顯熱2537308.819.6其他熱損失643622.05.0總計12872439.1100.0總計12888970100.07.2 冷卻帶熱平衡計算 7.2.1 計算基準 計算準則： 基準溫度 0 基準質(zhì)量 1小時進入系統(tǒng)的物料 7.2.2 熱收入 （1） 制品代入顯熱Q2制品帶入顯熱在上面已經(jīng)算出：Q2=5146422 （2） 急冷風窯尾風代入顯熱設定窯尾風風量為 。一般急冷風風量是窯尾風的 （）。本設計取急冷風

23、風量是窯尾風量的 。急冷風與窯尾的總風量是1.5。查表得 ：20 時空氣的比熱為1.29 。所以 7.2.3 熱支出（1）制品帶出顯熱假設此時的溫度為 此時陶瓷的比熱為 所以 （2） 窯體散失的熱量 根據(jù)各處材料的不同，并考慮溫度范圍不能太大，將冷卻帶窯墻分成2段計算，具體結果如下表：溫度范圍/長度/m窯墻頂散熱/ KJ/h窯底散熱/ KJ/h總散熱/ KJ/h急冷帶13508008.5208385.64282192.12490577.76緩冷帶8008045248101.2489089.664737190.864 Q總=1227768.6（3） 由窯體不嚴密處漏出空氣帶走顯熱 冷卻帶從窯體不嚴密處漏出空氣量通常為窯尾鼓入風量的10%20% 。本設計取 15%，即0.15 。設定漏出空氣的平均溫度 此時空氣的比熱容為 所以 （4） 從窯道內(nèi)抽出空氣帶走顯熱