輥道窯窯爐設(shè)計說明

輥道窯窯爐設(shè)計說明輥道窯窯爐設(shè)計前言瓷窯爐可分為兩種:一種是間歇式窯爐,比如梭式窯;另一種是連續(xù)式窯爐,比如本設(shè)計書設(shè)計的輥道窯。輥道窯是當(dāng)代瓷工業(yè)的先進(jìn)窯爐，我國70年代開始已陸續(xù)應(yīng)用于日用瓷工業(yè)、建筑瓷工業(yè)。80年代后，滾到窯已廣泛地用于我國建工業(yè)中。輥道窯由于窯溫度場均勻，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量，也為快燒提供了條件；而快燒又保證了產(chǎn)量，降低了能耗。產(chǎn)品單位能耗一般在2000?3500kJ/kg，而傳統(tǒng)隧道窯則高達(dá)5500?9000kJ/kg。所以，輥道窯是當(dāng)前瓷工業(yè)中優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的先進(jìn)窯型，在我國已得到越來越廣泛的應(yīng)用。燒成在瓷生產(chǎn)中是非常重要的一道工序。燒成過程嚴(yán)重影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，與此同時，燒成也由窯爐決定。在燒成過程中，溫度控制是最重要的關(guān)鍵。沒有合理的燒成控制，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量都會很低。要想得到穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)量，首先要有符合產(chǎn)品的燒成制度。然后必須維持一定的窯壓力。最后，必須要維持適當(dāng)?shù)臍夥铡Ｍㄟ^對其窯爐結(jié)構(gòu)和控制的了解，借鑒經(jīng)驗數(shù)據(jù)，本文設(shè)計的輥道窯，全窯長200米，寬2.81米，燒成溫度是1180攝氏度，燃料采用天然氣，單位質(zhì)量得產(chǎn)品熱耗為2543.6kJ/kg。熱效率高，溫度控制準(zhǔn)確、穩(wěn)定，傳動用電機(jī)、鏈傳動和齒輪傳動結(jié)構(gòu)，聯(lián)接方式主要采用彈簧夾緊式，從動采用托輪磨擦式，傳動平衡、穩(wěn)定，維護(hù)方便，控制靈活。經(jīng)過緊的三周，有時候，特別是畫圖時，對于沒有經(jīng)過訓(xùn)練的我們來說，很是不容易，進(jìn)入狀態(tài)時飯也顧不上吃，叫外賣，夜以繼日的，就像繡花一樣，不經(jīng)歷還真不知道這其中的滋味，我想這次的窯爐設(shè)計實習(xí)，給予我們的不僅僅是設(shè)計的本身，還讓我們知道什么是細(xì)致，什么叫技術(shù)。在此，特別感周露亮、朱慶霞、健、杰幾位老師的細(xì)心指導(dǎo)，沒有他們的指導(dǎo)，我們就無從下手。由于水平所限，設(shè)計書中一定有不少缺點和不足之處，誠摯地希望老師批評指正。設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計任務(wù):日產(chǎn)10000平米?；u輥道窯設(shè)計設(shè)計任務(wù)：日產(chǎn)10000平米?；u天然氣輥道窯爐設(shè)計（一）?；u1．坯料組成（%）：SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OI.L68.3516.272.302.650.851.762.154.85.產(chǎn)品規(guī)格：400x400x8mm,單重3公斤/塊；.入窯水分：＜1%4．產(chǎn)品合格率：95%5．燒成周期：60分鐘（全氧化氣氛）6.最高燒成溫度：1180弋（溫度曲線自定）（二）燃料天然氣COH2CH4C2H4H2SCO2N2O2Qnet（MJ/Nm3）0.20.295.63.50.30.10.1041.58（三）夏天最高氣溫：37弋3窯體主要尺寸的確定3.1窯寬的確定產(chǎn)品的尺寸為400x400x10mm,設(shè)制品的收縮率為8%。由于坯體尺寸=產(chǎn)品尺寸/（1-燒成收縮）,得坯體尺寸為：435x435mm兩側(cè)坯體與窯墻之間的距離取100mm，設(shè)寬B=2810mm,取產(chǎn)品長邊平行于輥棒,計算寬度方向坯體排列的塊數(shù)為：n二(2810-100x2)/435=6，確定并排6塊。確定窯寬B=435x6+100x2=2729mm,取2810mm。3.2窯體長度的確定3.2.1窯體長度的確定窯容量二(日產(chǎn)量x燒成周期)m(24x產(chǎn)品合格率)=(10000x60/60)^(24x95%)=438.6(^/窯)裝窯密度=每米排數(shù)x每排片數(shù)x每片磚面積=(1000^435)x6x(0.4*0.4)=2.2(葉/每米窯長)有效窯長=窯容量三裝窯密度=438.6^2.2=200(m)取單節(jié)長度為2500mm,節(jié)間聯(lián)接長度8mm。窯的節(jié)數(shù)=200三2.508=79.7節(jié)，取節(jié)數(shù)為80節(jié)所以算出窯長為L=2500x80=200m3.2.2窯體各帶長度的確定預(yù)熱帶占全窯總長的30%，節(jié)數(shù)=80x30.%二24節(jié)，長度二24x2.5二60m;燒成帶占全窯總長的25%，節(jié)數(shù)=80x25%二20節(jié)，長度二20x2.5二50m;冷卻帶占全窯總長的45%，節(jié)數(shù)=80x45%二36節(jié)，長度二36x2.5二90m。3.3窯高的確定表3－1：窯高度表1-24節(jié)25-56節(jié)57-80節(jié)輥上高(mm)290360290輥下高（mm）390460390總高（mm）680820680燒成制度的確定（1） 溫度制度：燒成周期：60min各帶劃分：（2）氣氛制度：全窯氧化氣氛。（3）燒成溫度曲線大致如下：120011801000950800700600500400200圖4－1：燒成溫度曲線7工作系統(tǒng)的確定5.1排煙系統(tǒng)采用集中排煙方式，排煙口設(shè)在第1，3，6節(jié)，每節(jié)上下各5對直徑為200mm的圓形排煙口直通窯體外，排煙口設(shè)在距每節(jié)窯頭600mm處。下排煙口上方設(shè)置支柱和擋板以防止碎坯落入下排煙口。排煙出口處設(shè)置排煙閥，然后經(jīng)水平分管進(jìn)入總煙管。總煙管設(shè)于窯頂，上有總閘。利用煙氣抽力，引導(dǎo)窯氣體流動。燃燒系統(tǒng)燒嘴的設(shè)置本設(shè)計在預(yù)熱帶后部即燒成帶前就開始設(shè)置燒嘴，有利于快速升溫和溫度調(diào)節(jié)，縮短燒成周期，達(dá)到目的。考慮到在低溫段設(shè)置燒嘴不宜太多。因此，在在第7~24節(jié)，每節(jié)輥下交錯設(shè)置2對燒嘴，在24~44節(jié)，每節(jié)設(shè)置4對燒嘴，上下對側(cè)均交錯布置。每個燒嘴對側(cè)設(shè)置一個火焰觀察孔，因此，本設(shè)計總共有136對燒嘴。天然氣輸送裝置在天然氣總管前設(shè)一個連鎖保險器，保證助燃風(fēng)機(jī)事故、停電、天然氣壓力過低時能迅速自動切斷天然氣，確保安全。天然氣總管設(shè)一放散管。天然氣支管和分管分別從分管和總管側(cè)方引出防止冷凝水淤積在管道。輥上或輥下每4個燃燒系統(tǒng)組成一個控制單元。5.3冷卻系統(tǒng)急冷通風(fēng)系統(tǒng)從燒成最高溫度至少800弋以前，制品中由于液相的存在而且具有塑性，此時可以進(jìn)行急冷，最好的辦法是直接吹風(fēng)冷卻。輥道窯急冷段應(yīng)用最廣的是直接風(fēng)冷是在輥上下設(shè)置橫窯斷面的冷風(fēng)噴管。每根噴管上均勻地開有圓形或狹縫式出風(fēng)口，對著制品上下均勻地噴冷風(fēng)，達(dá)到急冷的效果。由于急冷段溫度高，橫穿入窯的冷風(fēng)管須用耐熱鋼制成，管徑為60?80mm。本設(shè)計也采用直接吹風(fēng)冷卻，在第45?50節(jié)每節(jié)設(shè)置12根080急冷風(fēng)管,上下管布置在同一斷面并橫穿過窯,每根風(fēng)管的窯部分均勻開90個010圓孔.5.3.2緩冷通風(fēng)系統(tǒng)在第57-66節(jié)的每節(jié)輥上安裝12根060間壁換熱管做間接冷卻，換熱管一端敞開做吸風(fēng)口，另一端接抽熱風(fēng)管，通向余熱風(fēng)機(jī)。在66-72節(jié)窯的頂部設(shè)置7個圓形抽熱風(fēng)口，直徑為250mm。緩冷換熱和抽熱共用一臺風(fēng)機(jī)。85.3.3快冷通風(fēng)系統(tǒng)窯尾采用直接吹冷風(fēng)冷卻產(chǎn)品。在窯爐最后2節(jié)兩側(cè)安裝軸流風(fēng)扇，每節(jié)窯頂、窯底各設(shè)4臺軸流風(fēng)扇，上下對制品強(qiáng)制冷卻。在第78節(jié)設(shè)一矩形抽冷風(fēng)口，尺寸為1050x500mm。5.4傳動系統(tǒng)5.4.1輥子材質(zhì)的選擇輥道窯對輥子材料要求十分嚴(yán)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(qiáng)。常用輥子有金屬輥和瓷輥兩種。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(shè)計在選用如下：表5－1：輥子的選材低溫段（250?20）無縫鋼管輥棒中溫段（200?500°C和500°C?80°C）瓷棒高溫段（500?1180C和1180?500°C）碳化硅輥棒5.4.2輥子直徑與長度的確定輥子的直徑大，則強(qiáng)度大；但直徑過大，會影響窯輻射換熱和對流換熱。因中試窯比較短，輻射換熱和對流換熱空間有限，本設(shè)計輥子的直徑要小些，故選用直徑為30mm的輥棒，而長度則取2550mm。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(yīng)取問產(chǎn)品的1/4以下，即輥距不大于400/4=100mm，因此，本設(shè)計確定輥距為50m，每節(jié)窯為2508/50=50根。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(jī)、鏈傳動和齒輪傳動結(jié)構(gòu)所組成。為避免停電對正常運行的輥道窯造成的危害，輥道窯一般都設(shè)在滯后裝置，通常是設(shè)一臺以電瓶為動力的直流電機(jī)。停電時，立即驅(qū)動直流電機(jī)，使輥子停電后仍能正常運行一段時間，避免被壓彎或壓斷，以便在這段時間，啟動備用電源。傳動過程電機(jī)-主動鏈輪-滾子鏈-從動鏈輪-主動斜齒輪-從動螺旋齒輪-主軸-主軸上的斜齒輪-被動斜齒輪-輥棒傳動裝置-輥子傳動過程聯(lián)接方式依據(jù)以上原則，聯(lián)接方式主要采用彈簧夾緊式，從動采用托輪磨擦式。95.5窯體附屬結(jié)構(gòu)事故處理孔事故處理孔設(shè)在輥下，且事故處理孔下面與窯底面平齊，以便于清除出落在窯底上的磚坯碎片。為了能清除窯任何位置上的事故而不造成“死角”，兩相鄰事故處理孔間距不應(yīng)大于事故處理孔對角線延長線與對側(cè)壁交點連線。圖5－1：事故處理孔的布置\兩事故處理孔中心距L應(yīng)小于或等于6.63m又因為每節(jié)長度只有2.5m，所以，可以每節(jié)設(shè)置一個事故處理孔，本設(shè)計在每節(jié)設(shè)置一個事故處理孔，尺寸為：400x130mm,兩側(cè)墻事故處理孔采取交錯布置的形式。當(dāng)事故處理孔在不處理事故時，要用塞孔磚進(jìn)行密封，孔磚與窯墻間隙用耐火纖維堵塞密封，防止熱氣體外溢或冷風(fēng)漏入等現(xiàn)象對燒成制度產(chǎn)生影響。5.5.2測溫測壓孔及觀察孔為嚴(yán)密監(jiān)視及控制窯溫度制度，及時調(diào)節(jié)燒嘴開度，在窯道頂及窯側(cè)墻中央留設(shè)若干處測溫孔，以安裝熱電偶。本設(shè)計在1、6、63、65節(jié)及7-70節(jié)的偶數(shù)節(jié)設(shè)置直徑為O40mm測溫孔，輥上設(shè)在窯頂，輥下設(shè)在窯側(cè)墻，兩側(cè)墻的測溫孔交錯布置。壓力制度中零壓面的位置控制特別重要，一般控制在預(yù)熱帶和燒成帶交接面附近。若零壓過多移向預(yù)熱帶，則燒成帶正壓過大，有大量熱氣體逸出窯外，不但損失熱量，而且惡化操作條件；若零壓過多移向燒成帶，則預(yù)熱帶負(fù)壓大，易漏入大量冷風(fēng)，造成氣體分層，上下溫差過大，延長了燒成周期，消耗了燃料。本設(shè)計以觀察孔代替測壓孔。10在每個燒嘴的對側(cè)窯墻設(shè)置O60mm的觀察孔，以便燒嘴的燃燒狀況。未用時，用與觀察孔配套的孔塞塞住，以免熱風(fēng)逸處或冷風(fēng)漏入。5.5.3膨脹縫窯體受熱會膨脹，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，因此在窯墻、窯頂及窯底砌體間要留設(shè)膨脹縫以避免砌體的開裂或擠壞。本設(shè)計窯體采用裝配式，每節(jié)窯體留設(shè)2處寬度為10mm的膨脹縫，填瓷棉。各層磚的膨脹縫要錯縫留設(shè)。5.5.4擋墻窯道上的檔板和擋火墻可以起到窯氣體的上下和水平導(dǎo)流、調(diào)整升溫曲線、蓄熱輻射及截流作用。檔板負(fù)責(zé)對窯上半窯道的控制,采用耐高溫硬質(zhì)瓷纖維板制成,可以通過在窯頂外部調(diào)整位置的高低。擋火墻負(fù)責(zé)對窯下半窯道的控制,采用耐火磚砌筑,高低位置相對固定。窯道檔板和擋火墻設(shè)置在同一橫截面上。全窯共設(shè)置3對閘板和擋火墻結(jié)構(gòu)，分別在24-25節(jié)、44-45節(jié)、58-59節(jié)，節(jié)之間設(shè)置。5.6窯體加固鋼架結(jié)構(gòu)形式輥道窯鋼架結(jié)構(gòu)起著加固窯體作用，而鋼架本身又是傳動系統(tǒng)的機(jī)身。本設(shè)計采用金屬框架裝配式鋼架結(jié)構(gòu),立柱用2.5tx75x50mm方鋼、上橫梁用2.3tx50x50mm方鋼、下梁用2.5tx100x50mm方鋼。在一節(jié)窯體鋼架中，每側(cè)共有立柱3根，兩頭每個立柱上開有攻M12螺栓節(jié)間聯(lián)接的個孔。下橫梁每節(jié)共3根，焊在底側(cè)梁上，下橫梁上焊有50x50mm的等邊角鋼作底架，以便在其上擱置底板。上下側(cè)板可用2?3mm鋼板沖壓制成，吊頂梁采用50x50x5mm的等邊角鋼。6燃料燃燒計算6.1空氣量6.1.1理論空氣量的計算燃料為天然氣，本設(shè)計燃料低發(fā)熱量Qnet=41580KJ/Nm3,其成分組成如表2－2所示:根據(jù)氣體燃料的化學(xué)組成，計算其理論空氣量：6.1.2實際空氣量的計算由于在氧化氣氛下燒成，根據(jù)經(jīng)驗取空氣系數(shù)為a二1.3,6.2煙氣量6.2.1理論煙氣量的計算按照燃料的化學(xué)成分計算理論煙氣量：6.2.2實際煙氣量的計算6.3燃燒溫度設(shè)空氣溫度天然氣比熱為：現(xiàn)設(shè)tht二1600弋，燃燒產(chǎn)物溫度二(41580+1.58x1.3x20+14.27x20)/(12.8674J.76)二1538.4°C求得溫度與假設(shè)溫度相對誤差:(1600-1538.4)/1600x100%=3.8%<5%,所以假設(shè)合理。取高溫系數(shù)h二0.8,則實際燃燒溫度pt二0.85x1538.4二1300C,比需要的溫度高，這符合要求有利于快速燒成,保證產(chǎn)品達(dá)到燒熟的目的。窯體材料及厚度的確定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(qiáng)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(dá)到要求之盡量選用價廉的材料以減少投資。2、 窯體材料厚度的確定原則為了砌筑方便的外形整齊，窯墻厚度變化不要太多。材料的厚度應(yīng)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(yīng)保證強(qiáng)度和耐火度。總之,窯體材料及厚度的確定在遵循以上原則得計出上,還要考慮散熱少，投資少，使用壽命長等因素表7－1：窯體材料和厚度表(1)121-24、57-80節(jié)名稱材質(zhì)使用溫度(°C)導(dǎo)熱系數(shù)[W(m?C)]熱平衡計算熱平衡計算包括預(yù)熱帶、燒成帶熱平衡計算和冷卻帶熱平衡計算預(yù)熱帶和燒成帶的熱平衡計算目的在于求出每小時的燃料消耗量；冷卻帶的熱平衡計算的目的在于計算冷空氣鼓入量和熱風(fēng)抽L±J-&出量。8.1預(yù)熱帶及燒成帶熱平衡計算8.1.1熱平衡計算基準(zhǔn)及圍時間基準(zhǔn)：1h;溫度基準(zhǔn)：0C(KJ/h)8.1.4.4窯體散熱損失3Q將計算分為2部分，即第6?24節(jié):500-950C,取平均值725C;第24?44節(jié)：950-1180C取平均值為1065C。i第6?24節(jié):窯外壁表面平均溫度40C,窯壁平均溫度725Ca.窯頂耐火層莫來石輕質(zhì)高鋁磚1600°C0.310+0.176x10-3t230窯頂隔熱層k.窯底耐火層莫來石輕質(zhì)高鋁磚1600C0.310+0.176x10-3t230窯底隔熱層硅藻土磚窯底散熱面積:A底二94.2m2則Q底二qA底二340x94.2x3.6二115300.8(kJ/h)iii快冷段窯體的散熱量(60?70節(jié))此段溫度圍為500-80C,所以窯壁平均溫度為290C,窯外壁溫度取為40C.窯頂耐火層莫來石輕質(zhì)高鋁磚1600C則Q頂二qA頂二167x94.2x3.6二56633(kJ/h)m. 窯墻耐火層莫來石輕質(zhì)高鋁磚1600C窯頂散熱面積:則Q墻二2qA墻二2x147x31.2x3.6二33022(kJ/h)n. 窯底耐火層莫來石輕質(zhì)高鋁磚1600°C0.310+0.176x10-3t230窯底隔熱層硅藻土磚窯底散熱面積:A底二94.2m2則Q底二qA底二120x94.2x3.6二40694.4(kJ/h)則冷卻帶窯體總散熱量為:Q9=241829+131363+165322+133613+74736+115300.8+56633+33022+4069.4=992216.2(kJ/h)8.2.4.4其它熱損失Q10其它熱損失為總收入的5%,則:)=557974.5+1.3Vx8.2.5列出熱平衡方程熱收入=熱支出解得x=17293m3/h即每小時鼓入風(fēng)量為4477m3/h.8.2.6冷卻帶熱平衡表表8－2冷卻帶熱平衡表產(chǎn)品帶入顯熱1115949096.84產(chǎn)品帶出顯熱5604154.83冷卻風(fēng)帶入顯熱4496253.16抽熱風(fēng)帶走顯熱952858372.1窯體散熱992216.217.07其它散熱580450.5.00總熱量11609115100總散熱11609016.7100燒嘴的選用每小時燃料消耗量為：x=600(m3/h)考慮到燒嘴的燃燒能力和燒嘴燃燒的穩(wěn)定性取安全系數(shù)1.5本設(shè)計一共設(shè)置了136對(272個)燒嘴。燒嘴