1、年產70萬nf玻化磚氣燒車昆道窯設計（窯爐課程設計）材料與化學工程學院14級材料工程技術學 院: 專業班級: 學生姓名 指導老師:肖素萍2016 年 06 月 24 H一、原始資料收集設計前必須根據設計任務收集所需的原始資料。設計原始資料如下：1. 產量：年產700000 m2地磚;2. 產品規格:500X500X12 （mm）,密度：2. 3 kgX 103kg/m3 ；3. 年工作日：335天；4燃料：液化石油氣（熱值100 MJ!m主要成分丙烷，丁烷，氣液共存壓力0.88"1.47Mpa,岀自熱工手冊人 5坯入窯含水量：2%；6.原料組成：SiO2屁2。3TiO2Ca0MgOK

2、2O + Na2°灼減7019.50.40.20.10.84.04.27 最高燒成溫度:1250°C；8燒成合格率：90%；9 燒成制度：（1）溫度制度：燒成周期一48分鐘；（2）氣氛制度：全窯氧化氣氛；（3）壓力制度：預熱帶負壓操作-40-25Pa燒成帶微正壓V8Pa,冷卻帶正壓;二、窯體主要尺寸的確定2.1進窯磚坯尺寸：產品規格：500X500X12 mm產品寬度500mm,考慮燒成收縮為5%,四周預留拋光尺寸為7mm,則：坯體 尺寸二產品尺寸十（1-燒成收縮）=5004- （1-5%） +2X7 540mm 22內寬的確定與磚方法：山于現在的楹棒等材料性能的提高，且輾

3、道窯大多采用吊頂結構，所以此次 設計成寬體輪道窯。再根據產量，所用的燃料（液化石油氣）等因素，所以暫定 窯內寬B二2000mm。而坯體離窯墻內壁一般有100200 mm間隙，取150 mm。 根據了解，橫向的坯體是緊貼在一起，并沒有留間隙。所以內寬等于磚坯尺寸X 每排片數+磚坯離窯內壁的間距。則可排磚數為：11=（2000-2x150）4-5403.15 片，故確定并排3片,則窯內寬B=540X3+150X2=1920 nun最后定窯內寬為1920 mm。2.3內高的確定：険道窯的內高被軌子分隔成轆上高和険下高兩部分。對于輾上高的設置，要 考慮以下四個方面：損壞的坯體能否順利從険棒之間掉下去，

4、燒嘴的設置也要有一定的高度，氣體與坯體之間的換熱強度，氣流通暢與燃燒空間。而對于険下高 的設置而言，主要是損壞的坯體能否順利從軌棒之間掉下去即保證處理事故的方便。從傳熱角度來講，燒成帶以輻射為主，所以氣體厚度要大點，內高稍高些。 而預熱帶以對流換熱為主，所以內高比燒成帶低，使得橫截面減小，流速加快, 提高對流換熱強度。再結合其它三方面，內高的設置如下（單位mm）：溫度較抵處：預熱升溫段400900°C即110節冷卻降溫段70080°C即2227節位置:第 1-10, 22-27 節第11-18節第19-21節轆上高350450450輻下高350350350內總高700800

5、800（單位mm）溫度較高處：燒成升溫段9001250°C即1018節急冷降溫段1250700°C即1921節24燒成制度的確定:（1）溫度制度：考慮到入窯水分比較低，可以快速升溫而不會使坯體炸裂。燒成周期:48 min；各溫度段的劃分與升溫速率:名稱溫度/°c時間/min升溫速率/°C - min-1長度比例/%窯前段40 25063512.5預熱帶250105016.847.635燒成帶1050125082516. 7冷卻帶12508017.26835.8累計IS100（2）氣氛制度：全窯氧化氣氛；（3）壓力制度：預熱帶-15-10Pa,燒成帶8Pa

6、；2. 5窯長及各帶長的確定：現在窯爐已經向寬體化、自動化、輕型化發展，已經有長300多米的寬體窯。其主要原因是現在的輾棒的質量的提高，還有各種材料的E速發展。（1）窯長的確定右$ _ 窯容量（m：/每窯）,、 比 裝窯密度（m：/每米窯長）m窯容量=（nr7每窯）年產量燒成周期（h）年工作日x24x產品合格率（）700000 X 60335x24x90%77.4（ m2/ 每窯）裝窯密度=愆米排數x每排片數x每片磚面積（m2/S窯）同一列磚磚距取 皿，則裝窯密度二胎X3X0.54-"每窯）77 4所以窯長L = = 53.01m 取54m1.46此次采用裝配式，由若干節聯結而成。山

7、于制品的尺寸是500X500X12 mm, 且輾棒在高溫的時候會有一些變形。考慮這些因素，設計棍棒中心間距為100 mm。設計每節20根棍棒,即每節長2000 mm,節與節聯接的長度為8 mm。則節數=芒里26.9 （節）2008取節數為27節。因而窯長度為：L = 2008x278 = 54208 mm（2）各帶長的確定對于冷卻帶各段的設置：剛剛進入急冷階段時，坯體仍處于熔融的朔性狀態, 不容易產生應力，可以急冷而不開裂，因為高溫下的應力大部分被液相的彈性和 流動性所補償。該階段要設置好急冷的控制溫度。過低，產生風裂；過高，給緩 冷造成壓力，其至也會產生風裂。而緩冷段主要是提供石英晶型轉變的

8、場所，故 緩冷區要足夠長，使降溫過程平穩緩慢，安全度過石英晶型轉換期。所以三段的 時間分配分別為5. 7, 7.6, 3.9分鐘。據燒成曲線中溫度的劃分，各段長度：窯前段:3x2008 = 6024mm取3節長度=3x2008 = 6024mm預熱帶：54208x35% = 18972.8mm取10節長度二 10 x 2008 = 20080mm燒成帶：54208x16.7% = 9052.7mm取5節長度二 5x2008 = 10040mm冷卻帶：54208x35.8% = 19406.5mm取9節長度=9x2008 = 18072mm5.754208x急冷段：48 -3.22008（節）取

9、3節長度二 3x2008 = 6024mm7.654208x緩冷段：48 -4.272008（節）取4節長度=4x2008 = 8032mm3.954208x一快冷段：48 -2.192008（節）取2節長度二 2x2008 = 4016mm圖2. 5 （2）窯爐各帶劃分及編號溫度段（°C）時間（min）升溫速率（°C/min）節數編號窯前段40 25063531, 2, 3預熱帶2507508.856.854, 5, 6, 7, 87501050837.559, 10, 11, 12, 13燒成帶10501250540314, 15, 161250 3217, 18急冷段

10、12507005. 796. 5319, 20, 21緩冷段7004007.639. 5422, 23, 24, 25快冷段400 803. 982.05226, 27(3)輾道窯窯頭.窯尾工作臺長度窯頭匸作臺是制品進窯燒成的必經之路，也是使制品整齊有序進窯的停留之 處。窯頭工作臺不宜太長，只要能滿足要求即可，根據經驗取值為33米。窯尾 工作臺是燒成后的產品從窯內岀來，再經人工檢驗產品的部位。山于出窯產品溫 度一般高達80°C,所以窯尾的工作臺不宜太短，口的是使制品有足夠的時間冷 卻，根據經驗取值為54米。(4) 窯體總長度的確定窯體總長度=54208 + 3300 + 5400 =

11、 62908 mm三、工作系統的確定輾道窯的工作系統包括排煙系統、燃燒系統、冷卻系統、溫度控制系統、傳 動系統等，下面是各系統的初步安排。1. 排煙系統排煙風機及其管路主要作用是將預熱帶、燒成帶中產品排放的廢氣及燃燒產 生的廢氣排出窯外。為提高熱效率，此次設計采用窯頭集中排煙方式排煙，在窯 前段第1節以及預熱帶第4節設置抽煙口，其中第4節為主抽煙口。每節在窯頂、 窯底分別設置兩個排煙口進行排煙，在各岀煙口分別用圓管引出，匯總到上下排 煙分管，最后匯總到窯頂的排煙總管中。設置一排煙分機，同時留一個風機備用。 在總煙道上設置總風閘，防止煙氣溫度過高損壞風機，另在煙道上還設計了一過 濾網。2. 燃燒

12、系統為了利于燒成帶溫度的調節，同時山于所用燃料為高熱值輕污染的液化石油 氣燃料，因此本設計采用北京神霧熱能技術有限公司設計生產的LYS：系列液化 氣燒嘴，周圉材質采用重質高鋁磚耐火材料。3. 冷卻系統制品在冷卻帶有晶體成長、轉化的過程，并且冷卻出窯，是整個燒成過程最 后的一個環節。從熱交換的角度看，冷卻帶實質上是一個余熱回收設備，它利用 制品在冷卻過程中所放出的熱量來加熱空氣，余熱風可供干燥或者作助燃風用， 達到節能的目的。4. 溫度控制系統熱電偶的設置應當適合。在關鍵點一定要設置熱電偶，還有像在高溫區要注 意上下溫差，所以上下應當都要設置。5. 傳動系統前窯爐的傳動方式有鏈傳動、摩擦傳動、螺

13、旋齒輪傳動、圓錐齒輪傳動和 直齒輪傳動。鏈傳動結構簡單，造價低，早期的餛道窯大多釆用鏈傳動，但鏈傳 動不夠平穩，鏈條較長時易發生爬行現象。摩擦傳動比較平穩，但可黑性稍差。 齒輪傳動具有明顯的可靠性和平穩性，不過，山于齒與齒之間為點接觸，容易磨 損，對安裝和潤滑要求較高。用的較多的是螺旋齒輪傳動。電機帶動傳動裝置也有兩種形式：一是長軸傳動，其特點是一臺電機帶動一 根與窯長差不多的長軸，通過二級減速將動力分配若干組，長軸上裝有離合器。 一是多電機傳動，特點是將窯分成若干組，兒個模數段為一組，每組曲一臺電機 傳動，采用變頻調速，所有電機可同時運行，每臺亦可單獨運行，我們現在使用的就是多電機傳動。6.

14、 窯體附屬結構本設計將事故處理設在軌下，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。為加強窯體密封，應盡量少設置事故處理口，而為了 便于處理事故，兩側墻事故處理一般釆用交錯布置形式，為了能清除窯內任何位 置上的事故而不造成“死角S兩相鄰事故處理孔間距不應大于事故處理孔對角 線延長線與對側內壁交點連線。經過計算，取事故處理孔尺寸為：輾下處理孔360X 115mm,輾上處理孔230 X 113 mm。根據同側事故處理孔距離 LM2 (b+c)=2b (l+B)/6 =2X360 (1+2008) /360=4018 mm,經過汁算，取L二4016mm。同時考慮到實際惜況，結合

15、一些先進窯 爐的經驗，具體布置如下：在低溫段：40600C之前，以及緩冷帶，快冷帶第 2227節每3節設一餛上事故處理口，餛上事故處理口一共設置5個。全窯每2 節之間設置一輾下事故處理口，從進窯的第2節開始布置。四、窯體材料確定整個窯體由金屬支架支撐。窯體材料要用耐火材料和隔熱材料。4.1窯體材料確定原則：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 故障。隔熱材料的積散熱要小，材質要輕，隔熱性能要好，節約燃料。而且還要 考慮到廉價的材料問題，在達到要求之內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：(1為了砌筑方便的外形整齊，窯墻厚度變化不要太多。(2材料的療

16、度應為磚長或磚寬的整數倍；墻高則為磚厚的整數倍，盡量少砍磚。 (3厚度應保證強度和耐火度。總之，窯體材料及厚度的確定在遵循以上原則得計岀上，還要考慮散熱少, 投資少，使用壽命長等因素。4. 2整個窯爐的材料表名稱材質使用溫度導熱系數厚度低溫段16節，2227節窯頂耐火層輕質粘土磚11500. 35230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000. 1390窯墻耐火層輕質粘土磚11500. 35230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000. 13130窯底耐火層輕質粘土磚11500. 35130隔熱層硅藻土磚1000以下0. 1+0. 000228t195中溫段710節窯頂耐火層輕質粘土磚11500. 80+0

17、. 00026t230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000. 13130窯墻耐火層輕質粘土磚11500. 80+0. 00026t230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000. 13130窯底耐火層輕質粘土磚11500. 80+0. 00026t130隔熱層硅藻土磚1000以下0. 1+0. 000228t195高溫段11-21節窯頂耐火層輕質高粘磚14000. 15230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000. 13130窯墻耐火層輕質高粘磚14000. 45230隔熱層硅酸鋁耐火纖維束10000. 13130窯底耐火層輕質高粘磚14000.45230隔熱層硅藻土磚1000以下0. 1+0. 000228t

18、195五、燃料及燃燒計算A、根據熱工手冊相關資料差得，液化石油氣低發熱量©=90110必/幾在本設計中取平均熱值100Af/F,主要成分丙烷、丁烷，氣液共存壓力0. 88'1 47Mpa<>B、液化石油氣作為燃料有如下兒個特點：（1）熱值很高，是氣體燃料中最高的。（2）理論空氣量高達2430m3/Nn）3,因此，助燃空氣與之混合完全比天燃氣更 為困難。可以用空氣或煙氣先沖稀液化石油氣，然后使用。但用空氣稀釋時，不 得在著火濃度范圍內以防爆炸。通常規定液化石油氣體積濃度必須高于著火濃度 范圍上限的15倍。（3）火焰傳播速度低，燃燒緩慢，但較天燃氣快一些。（4）純凈。

19、一般含硫少，是燒制高檔陶瓷產品的優質燃料。（5）密度較大，約為同溫度及壓力下的空氣的15'20倍，泄漏時往下沉，易 與空氣混合達到著火濃度范圉內，遇火發生爆炸。（6）一般液化石油氣蒸氣壓較高。在37. 8°C時約為0. 91. 5Mpao這作為氣體燃 料是有利的。但在使用中必須要求氣化站減壓閥良好，以保證安全。5. 1理論空氣量計算：根據熱工手冊計算液化石油氣經驗公式可得，1 io1 1?理論空氣量 V； =- x& = -x 100x 103 = 26.75 卅 /卅"4186.8 仏 4186.8取空氣過剩系數1. 15：實際空氣量：Vfl =1.15x

20、26.75 = 30.765. 2煙氣量計算：根據熱工手冊計算液化石油氣煙氣的經驗公式可得，理論煙氣量V； = + a = 1（）（）X1（）- + 4.5 = 28.4 m3 / m3 （對液化石油氣 a 二4. 5）&4186.84186.8實際煙氣量：V = 28.4+（1.15 -1.0）x 26.75 = 32.4A5. 3燃燒溫度計算：理論燃燒溫度：tm =叫”宀已知 ta =tj = 20 C =>Cfl =1 30KJ /( m3. C), j = 3.0KJ / (,C)G = 1.424 + 0.000105 ,假設 t,h= 2000 C ,則 q = 1.

21、424 + 0.000105 X 2000 = 1.634 KJ / C)= 1905 C100x10+ 3076xl3x20 + 30x 203241.634求得溫度與假設溫度相對誤差二xl00% = 4.9% < 5%1905所設合理，取高溫系數 = 0.8,實際溫度=0.8x1905 = 1524 °C。比要求溫度1250°C高出274°C,基本合理。燃料溫度完全能達到燃燒要求，符合快速燒成條件，無需再通過預熱助燃風 即可滿足要求，因此本窯不用熱風助燃。六、物料平衡計算原料組成：g化°3Fe0TiO.CaOMgOKQ + NaQ £

22、灼減7019.50. 10.20. 10.81.04.2玻化磚密度為2.3x 103 Kg /用,產品尺寸為500 X 500 X 12mm,每小時燒成制品質量700000335x24x90%x 12x2.3 = 2670(Kg f h)每小時燒成干坯的質豊念.起 57（KM每小時欲燒成濕坯的質量（含水量為2 4 -烏=讓"44（切） 每小時蒸發自由水的質量：Gz = Gs - Gv = 2844 - 2787 = 57 (Kg/力)每小時從精坯中產生的 CO： GCaO = Gg xCaO% = 2787x0.1% = 2.78(Kg /?)G%。= Gg x MgO% = 278

23、7x 0.8% = 22.296 (Kg /?)%扛| =(2.78煜卜22296><#卜26 (Kg/)每小時從精坯中分解出來的結構水G = G& x4.2% -Gy = 2787 x4.2%一26 ® 91 (Kg Ih)七、熱平衡計算熱平衡訃算包括預熱帶、燒成帶熱平衡訃算和冷卻帶熱平衡訃算。預熱帶熱 平衡計算的U的在于求出燃料消耗熱量，冷卻帶熱平衡訃算U的在于計算出冷空 氣鼓入量和熱風抽出量。另外，通過熱平衡計算可以看出窯爐的工作系統結構等 各方面是否合理，哪項消耗最大，能否采取改進措施。熱平衡分析:熱支出項中，產品帶走顯熱，物化反應耗熱兩項不可能減少。 而

24、其他兒項則可采用適旳措施節省能耗。對于煙氣出窯溫度適當控制在較低溫度 下。在資金允許的情況下，要減少窯體散熱則可采用新型耐火材料，隔熱材料， 以達到節能減排的目的。八、工程材料概算8. 1窯體材料概算：(1) 輕質粘土磚的概算每塊輕質粘土磚的體積 V = 0.23 X 0.113x0.065 = 0.00169F第1節第10節，第22節第27節：V； =2x0.78x2.008x0.23(10+6) + 0.13x2.008x2.640x(10+6)+0.23x2.008x 2.030x(10+6) = 3&061F取多余的磚的數量占總量的3. 5%本窯共需輕質粘土磚的數量為：=V;,(1+ 0.035)/V = 23310塊(2) 輕質高鋁磚每塊輕質高鋁磚的體積V = 0.23x0.113x0.065 = 0.00169F第11節第21節輕質高鋁磚的體積：K =2x O.88x 2.008x 0.23 xll + 0.23x 2.008x 2.640x 11 + 0.23AX 2.008 X 2.030X 1