1、窯爐設計說明書景德鎮陶瓷學院窯爐課程設計說明書 題目：日產7000瓷質磚天然氣輥道窯設計學 號： 201210260119 姓 名： 熊建峰 院 （系）： 材料科學與工程學院 專 業： 粉體材料科學與工程 指導教師： 周露亮 孫建 陸琳 童劍輝 陳功備 2015年 06月 14 日目錄 1 前言 . (3)2 設計任務書 . (4)3 窯體主要尺寸的確定 . (5)3.1 窯內寬的確定 . (5)3.2 窯體長度的確定 . (5)3.3 窯內高的確定 . (6)4 燒成制度的確定（主要指溫度制度） . (6)5 工作系統的確定 (7)5.1 排煙系統 . (7)5.2 燃燒系統 . (7)5.

2、3 冷卻系統 . (7)5.4 傳動系統 . (8)5.4.1 輥子的選擇 . (8)5.4.2 輥子直徑與長度的確定 . (8)5.4.3 傳動方案 . (8)5.5 窯體附屬結構 . (8)5.5.1 事故處理孔 . (8)5.5.2 測溫測壓孔及觀察孔 . (9)5.5.3 膨脹縫 . (9)5.5.4 擋墻 . (9)5.6 窯體加固鋼架結構形式 . (9)6 燃料燃燒計算 . (9)6.1 空氣量 . (9)6.2 煙氣量 . (10)6.3 燃燒溫度 . (10)7 窯體材料及厚度的確定：列表表示全窯所用材料及厚度 . (10)7.1 所選材料的相關參數 . (10)7.2 厚度確

3、定 . (11)8 熱平衡計算 . (11)8.1 預熱帶及燒成帶熱平衡計算 . (11)8.1.1 熱平衡計算基準及范圍 . (11)8.1.2 熱平衡框圖 . (11)8.1.3 熱收入項目 . (12)8.1.4 熱支出項目 . (13)8.1.5 列出熱平衡方程式 . (17)8.2 冷卻帶熱平衡 . (17)8.2.1 熱平衡計算基準及范圍 . (17)8.2.2 熱平衡框圖 . (17)8.2.3 熱收入項目 . (18)8.2.4 熱支出項目 . (18)8.2.5 列出熱平衡方程式 . (22)9 燒嘴的選用 . (23)10 參考文獻 . (23)1.前言 熱工過程及設備作為

4、一門熱工以及材料專業的專業課程，目的是對學生學習熱工過程及設備課程后，引導學生總結歸納理論知識，在此基礎上推陳出新，根據當前的社會和科學環境，不斷創新，最大可能的從環境保護和能源節約方面考慮，設計出符合社會需要的新時代窯爐，為創建社會主義和諧社會貢獻自己的智力支持。通過課程設計輥道窯，綜合運用和鞏固所學知識，學會將理論知識與生產實踐相結合，去研究解決實際中的工程技術問題，本設計的任務主要是培養學生設計與繪圖的基本技能，初步掌握窯爐設計的程序過程和內容；進一步了解窯爐設備的基本結構；掌握窯爐設備的工作原理，工程制圖方法和編制設計說明書的方法。輥道窯屬于連續性窯爐，傳動方式有斜齒輪傳動及鏈條傳動兩

5、種形式，一般以剛玉瓷輥作為傳動輥子運載產品。按加熱方式可分為火焰加熱輥道窯爐和電加熱輥道窯爐兩類?？筛鶕笸夥?。輥道窯是當代陶瓷工業的先進窯爐，是近幾十年來發展起來的新型快燒連續式工業窯爐，目前已廣泛用于釉面磚墻地磚拋光磚彩釉磚等建筑陶瓷工業生產中。而輥道窯在短短的幾十年中發展如此迅速，說明它具有旺盛的生命力，它代表了陶瓷工業窯爐的發展方向，這是因為輥道窯具備其他陶瓷工業窯爐無法比擬的優點。本設計書在寫作過程中得到老師和同學的指導，在此表示深深地謝意。編寫時，本人想設計一個實用、廉價的建陶工業輥道窯，內容上盡量達到符合工程上的需要，但由于本人水平所限，設計書中一定有不少缺點和不足之處，誠摯

6、地希望老師批評指正。2.設計任務書 2.1設計題目：日產量7000m2天然氣輥道窯設計2.2設計技術指標，參數：1、坯料的化學組成（%）：SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OI.L68.3516.272.302.650.852.202.154.852、產品的規格：80080011mm 3、入窯水分 ：0.5%4、產品合格率：94%5、燒成周期：54分鐘6、最高燒成溫度：1220oC7、氣氛制度：全氧化氣氛8、燃料組成成分：天然氣COH2CH4C2H4H2SCO2N2O2Qnet(MJ/Nm3)0.20.295.63.50.30.10.1041.589、夏天最高溫度40oC3窯

7、體主要尺寸的確定 3.1窯內寬的確定產品規格：80080011mm，可知磚的寬度為800mm，考慮到燒成收縮率為10，則： = 坯體離窯墻內壁一般應有100200 mm間隙，取150mm。暫定窯內寬B4000mm，則可排磚數為：確定并排4片磚，則窯內寬B為；最后定窯內寬B4m。 3.2 窯內長的確定日產量7000m2，燒成周期為54分鐘，產品合格率為94，年工作日320天，則：=取一列磚磚距20mm故窯體長L為：=320/2.81=113.88m取窯長L114m。利用裝配式，由若干節聯接而成，設計每節長度為2100，節間聯接長度10，每節總長度為2110，則有節數=114000/2110=54

8、.03節，取節數為54節，因而全窯總長L為: L=211054=113940(mm) 。3.3 窯體各帶長度的確定預熱帶54節3317.82節，取18節，此段總mm)；燒成帶54節3016.2節，取16節，此段總長16211033760 (mm)；冷卻帶54節3719.98節，取剩下的20節，此段總長20211042200(mm)。 3.4 窯體內高的確定 內高為窯道內整個空間的高度，等于輥上高（輥道中心線至窯頂的距離）與輥下高（輥道中心線至窯底或隔煙板的距離）之和。輥上高應大于制品高度，考慮到?；u的高度小，又是單層焙燒，只要保證氣流順暢即可。從理論上來說對焙燒建筑

9、瓷磚的輥道窯輥下高最好應大于磚對角線長度，但由于該制品較大，若按此計算會造成內高太大，既增大了窯墻散熱，又不利于窯內傳熱。由于制品從輥上掉下，一般都發生了破損，尺寸都比整磚小了，故據各地輥道窯實際狀況來看取輥下高640mm。表1-1 窯內高度表窯高窯高分部/節輥上高/mm輥下高輥內總高114480640112015275606401200284248064011204. 燒成制度的確定4.1各段的溫度劃分與升（降）溫速率位置單元節溫度（0C）升（降）溫速率時間（min）備注預熱帶1-520-25035.06.12排煙段6-11250-60053.36.1212-14600-85050.74.6

10、24下設燒嘴段燒成帶15-20850-100030.43.70721-271000-120014.611.403冷卻帶28-311200-85080.83.854急冷段32-38850-55021.512.915緩冷段39-42550-8071.46.136快冷段4.2 燒成溫度曲線5. 工作系統的確定 輥道窯的工作系統確定包括排煙系統、燃燒系統、冷卻系統等。5.1 排煙系統 18節為排煙段，在第1、3、5、節設置3處排煙口，每處在窯底和輥上窯側墻同時設置。窯底排煙口一般設在該節的后半部，一排五個，用1.5mm的耐熱鋼板制成直徑200mm的排煙支管直接從窯底插入窯輥道下部，為防止落渣，開口向著

11、煙氣來流方向。輥上排煙口設在該節前半部，用1.5mm的耐熱鋼板制成400*240（mm）的排煙支管直接從窯頂下部插入量側墻。上下排煙口均由直徑400mm的垂直煙支管圓管引出，匯總到窯頂的直徑900mm排煙總管中，最后連接到排煙機排除。5.2燃燒系統根據所選用的燃料為天然氣，采用全部噴入窯道燃燒的方式，并在輥上一層燒嘴，為均勻窯內溫度，強化窯內對流換熱，選用小流高速燒嘴。輥道上下方及對側均交錯布置燒嘴，這樣便于窯溫度制度的調節，還有利于窯內熱氣流的強烈擾動與循環，改善了窯內端面溫度均勻性。故在第1214節輥下每節布置2對燒嘴。自第1527節每節輥上下各布置2對燒嘴。燒嘴的對側是觀察孔，以便更好的

12、觀察火焰的燃燒情況，便于操作控制。5.3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。從熱交換的角度來看，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，達到節能的目的。本設計中冷卻系統分急冷、緩冷段和快冷段。5.3.1急冷段 從燒成最高溫度至800以前，制品中由于液相的存在而且具有塑性，此時可以進行急冷，而不會使產品破裂。最好的辦法是直接吹風冷卻。輥道窯急冷段應用最廣的是直接風冷是在輥上下設置橫窯斷面的冷風噴管。每根噴管上均勻地開有圓形出風口，對著制品上下均勻地噴冷風，達到急冷的效果。由于急冷段溫度高，橫穿

13、入窯的冷風管須用耐熱鋼制成，管徑為80120mm。本設計也采用此種結構，在2831節進行急冷，每節輥上6根，輥下3根，管內徑80mm。5.3.2 緩冷段制品冷卻到700500范圍時，是產生冷裂的危險區，應嚴格控制該段冷卻降溫速率。為達到緩冷目的，采用間冷風管。在32-35節每節放置6根間冷風管以達到緩冷的目的，管內徑80mm,在該節前半部設置一個測溫孔.在3638每節設置一個抽熱風口。5.3.3 窯尾快冷段制品冷卻至500以后，可以進行快速冷卻。輥上下布置16對冷風噴管，每節4對間距為400mm。每根噴風管上有30個直徑30mm小孔對著制品吹冷風。5.3.4 熱風抽出口位置、抽熱風管走向熱風抽

14、出口設在每節窯的中部，抽熱風管走向為從各支管匯入窯頂總管，總管通向預熱帶，使抽出的熱風進入預熱風管，對制品進行預熱。5.4 傳動系統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，熱穩定性和高溫耐久性好，硬度大，抗污能力強。5.4.1輥子的選擇常用輥子有金屬輥和陶瓷輥兩種。為節約費用，不同的溫度區段一般選用不同材質的輥子。本設計在選用如下：中溫段（40400和40080）耐熱不銹鋼管40*3000（mm）高溫段（4001200和1200400）碳化硅輥棒40*3000（mm）5.4.2輥子直徑與長度的確定輥距即相鄰兩根輥子的中心距，確

15、定輥距主要依據是制品長度、輥子直徑以及制品在輥道上移動的平穩性，一般用下面經驗公式計算：式中：H為輥距，；l為制品長度，。因l800，故可得H的范圍在：150，考慮到每節長2110，輥距定為150。 5.4.3 傳動方案傳動機構采用齒輪傳動，并采用分段傳動，分別帶動的方式，全窯分為22段，每段由一臺電動機驅動，采用變頻調速。傳動過程：電機-減速器-主動鏈輪-滾子鏈-從動鏈輪-聯軸節-傳動軸-主動齒輪-從動齒輪-輥棒傳動軸-輥子。5.5 窯體附屬結構5.5.1 事故處理孔事故處理孔一般設在輥下,且事故處理孔底面與窯底面平齊，以便于清除出落在窯底上的磚坯碎片，事故處理孔大小尺寸通常寬240450，

16、取320，高65135，取120。兩側墻事故處理孔一般均采取交錯布置的形式。為了能清除窯內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大于事故處理孔對角線與對側內壁交點連線。兩事故處理孔中心間距L應小于或等于，其中為其寬，B為窯內寬，為窯墻厚。本設計中，b=0.3 m，B=3 m，=0.46 m，則有：又因每節長2110mm，故每節設置一個事故處理孔，相鄰兩節的事故處理孔對側交錯設置。 對于事故處理孔在不處理事故時，要用塞孔磚進行密封，孔磚與窯墻間隙用耐火纖維堵塞。密封時為了防止熱氣體外溢，冷風漏入等對燒成制度產生影響。5.5.2測溫孔及觀察孔5.5.2.1 測溫孔 為嚴密監視及

17、控制窯內溫度制度，及時調整燒嘴開度，一般在窯道頂及火道側墻留設若干處測溫孔以安裝熱電偶。測溫孔間距一般為35米，高溫段布密些，低溫段布稀些，在燒成曲線的關鍵點，如氧化末段、晶體轉化點、釉始溶點、成瓷段、急冷結束等都應設測溫孔。5.5.2.2觀察孔在每個燒嘴的對側窯墻設置80mm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，以免熱風逸處或冷風漏入。5.5.3膨脹縫窯體受熱會膨脹，產生很大的熱應力，因此在窯墻、窯頂及窯底砌體間要留設膨脹縫以避免砌體的開裂或擠壞。本設計窯體采用裝配式，在每節窯體中部留設1處寬度為10mm的膨脹縫，內填礦渣棉，各層磚的膨脹縫要錯縫留設。3.5.4 窯

18、道檔板和擋火墻由于輥道窯屬中空窯，工作通道空間大，氣流阻力小，難以調解窯內壓力制度及溫度制度，因此，通常在輥道窯工作通道的某些部位，輥下砌筑擋墻，輥上插入擋板，縮小該處工作通道面積，以增加氣流阻力，便于壓力與溫度制度的調節。擋板負責對窯內上半窯道的控制,采用耐硬質高溫陶瓷纖維板制成,可以通過在窯頂外部調整位置的高低。擋火墻負責對窯內下半窯道的控制,采用耐火磚砌筑,高低位置相對固定。窯道擋板和擋火墻設置在同一橫截面上。通常為防止預熱帶、冷卻帶冷氣流進入高溫區，在燒成帶工作通道兩端必須設有擋墻結構。燒成帶與冷卻帶交界處的上下擋墻起分隔兩帶的作用。所以在5、14、17、31節處各設置一擋板、擋墻。5

19、.6 窯體加固鋼架結構形式 輥道窯鋼架起著加固窯體的作用，而鋼架本身又是傳動系統的本身。由于方形鋼管造型美觀，抗彎強度較大等優點，現代輥道窯的鋼架外框越來越多的采用冷拔無縫方形鋼管做外框。6. 燃料及燃燒計算燃料燃燒計算包括：燃燒單位燃料所需空氣量及其生成煙氣量的計算，實際燃燒溫度的計算。 天然氣組成成分： 天然氣COH2CH4C2H4H2SCO2N2O2Qnet(MJ/Nm3)0.20.295.63.50.30.10.1041.586.1空氣量計算： 計算理論空氣量：L0 計算實際空氣量： ，取a=1.3.使得輥道窯內成氧化氣氛。 =L01.3=14.2966.2 煙氣量計算 實際煙氣量計算

20、：6.3燃燒溫度計算取室溫為20度，此時空氣比熱為1.30（KJ/（Nm3）,天然氣的比熱為1.51（KJ/（Nm3）；并設煙氣溫度為1600，此時煙氣的比熱為1.715（KJ/（Nm3），按理論燃耗內溫度計算公式：可得=1587，（1600-1587）/16005%，所以溫度合理。 取高溫系數為0.85，則實際溫度為：t=0.851587=1349，比最高燒成溫度1200度高出149。符合燒成要求，認為合理。7. 窯體材料及厚度確定7.1 所選材料的相關參數材料使用溫度/密度/gcm-3導熱系數/W（m）-1輕質高鋁磚14001.20.66+810-5t輕質粘土磚11500.26+0.000

21、23t硅酸鋁耐火纖維束13500.070.10.2硅藻土磚9000.063+0.00014t7.2 厚度確定7.2.1低溫段1-14/39-42 材料 厚度/部位輕質粘土磚硅酸鋁耐火纖維束硅藻土磚窯頂230130窯墻230130窯底230907.2.2高溫段15-38 材料 厚度/部位輕質高鋁磚硅酸鋁耐火纖維束硅藻土磚窯頂230130窯墻230130窯底230130657.3 膨脹縫的材料 部位 材料 區域窯頂窯墻窯底窯前段礦渣棉礦渣棉預熱段硅酸鋁耐火纖維束硅酸鋁耐火纖維束燒成段硅酸鋁耐火纖維束急冷帶及過渡區硅酸鋁耐火纖維束硅酸鋁耐火纖維束8. 熱平衡計算熱平衡計算包括預熱帶、燒成帶熱平衡計算

22、和冷卻帶熱平衡計算。8.1 預熱帶及燒成帶熱平衡計算8.1.1 熱平衡計算基準及范圍熱平衡計算必須選定計算基準，這里時間以1h為計算基準，0作為基準溫度。8.1.2 熱平衡框圖圖 預熱帶和燒成帶熱平衡示意圖 Q1坯體帶入顯熱： Qa助燃空氣帶入顯熱 Qa漏入空氣帶入顯熱： Qf燃料帶入化學熱及顯熱 Q2產品帶出顯熱 Q3墻、頂、底散熱 Q4 物化反應耗熱 Q5 其它熱損失 Qg廢氣帶走顯熱8.1.3 熱收入項目8.1.3.1 坯體帶入顯熱Q1 Q1G1c1t1 其中：G1濕制品質量(Kg/h) c1制品的比熱 t1制品的溫度每小時入窯干制品質量Gr=(48000.012500)/(240.95

23、)=5263(kg/h) 取燒成灼減量4%，入窯制品的含水率為1.0%.則入窯濕基制品質量G1=5263/(0.960.99)=5537(kg/h)入窯制品的比熱隨溫度和配方的不同而變化，一般為0.841.26（KJ/（Kg），制品入窯第1節時的溫度為20取平均比熱0.86，Q1=G1c1t1=55370.8620=95236.4（KJ/h）8.1.3.2燃料帶入化學熱及顯熱Qf天然氣熱值Qd=41580KJ/Nm3入窯氣溫度tf =20，20時天然氣比熱容cf =1.51 KJ/(m3 )Qf=x（Qd+cftf）=x（41580+1.5120）=41610x（kj/h）8.1.3.3 助燃

24、空氣帶入顯熱 Qa助燃空氣溫度 ta=20，20時空氣比熱容Ca=1.30 kJ/（m3）助燃空氣實際總量 Va，Va=Lax=14.296x（Nm3/h） Qa =Vacata=14.2961.320x=371.7x(kJ/h)8.1.3.4 預熱帶漏入空氣帶入顯熱 Qa 噴入從冷卻帶抽書的熱風，取熱風溫度為200度，此時空氣比熱為1.32 kJ/（m3），噴入熱風取理論空氣量的0.5倍。輥道窯內負壓較小，取預熱帶漏入空氣過剩系數。Qa=0.210.9971.320x+0.510.9971.32200x=1508.8x(kJ/h)8.1.4 熱支出項目8.1.4.1 產品帶出顯熱Q2(KJ/

25、h) 燒成產品質量G3=5263（Kg/h） 制品出燒成帶產品溫度1200.查表可知:產品平均比熱為:c2=1.16KJ/(kg) Q2 = G3c2t2=52631.161200=7326096（KJ/h）8.1.4.2窯體散失熱 將計算窯段分為兩部分，即第1-14節，低溫段40-850，取平均值為445；第15-27節：高溫段850-1200，取平均值1025。第1-14節：40850。環境溫度取20，窯內壁平均溫度為445窯墻散熱輕質粘土磚230mm0.26+0.00023t硅酸鋁耐火纖維130mm0.13設：t2=280，t3=40則：單位熱流密度：校驗：設計合理窯頂散熱：輕質粘土磚2

26、30mm0.26+0.00023t硅酸鋁耐火纖維130mm0.13設：t2=280，t3=40則：單位熱流密度：校驗：設計合理。窯底散熱輕質粘土磚230mm0.26+0.00023t硅藻土磚90mm0.063+0.00014t設：t2=280，t3=40則：單位熱流密度：校驗：設計合理高溫段15-27節：8501200散熱。環境溫度20，窯內平均溫度1025。窯墻散熱 輕質高鋁磚230mm0.66+0.00008t硅酸鋁耐火纖維130mm0.13設：t2=800，t3=70則：單位熱流密度：校驗： 設計合理窯頂散熱：輕質高鋁磚230mm0.66+0.00008t硅酸鋁耐火纖維130mm0.13

27、設：t2=780，t3=70則：單位熱流密度：校驗： 設計合理窯底散熱輕質高鋁磚230mm0.66+0.00008t硅酸鋁耐火纖維130mm0.13硅藻土磚65mm0.063+0.00014t設：t2=870，t3=65則：單位熱流密度：校驗： 設計合理序號節位置溫度范圍（度）長度(m)窯體名稱散熱面積(m2)熱流量(W/m2)散熱量( KJ/h)11-14節4085029.54窯墻92.75230153594窯頂89.02230.9534013窯底89.02217.869798.80215-27節850120027.43窯墻98.75685.8243801.9窯頂58.78690.21460

28、51.84窯底58.78502.5106333.02Q3=753592.56（KJ/h）8.1.4.3物化反應消耗熱Q41.自由水蒸發吸熱自由水質量 Gw=1%=55.37 ( KJ/h)煙氣離窯溫度 200Qw=Gw(2490+1.93tg)=55.37(2490+1.93200)=159244.12（KJ/h）2.其余物化反應耗熱用反應熱近似代替物化反應熱入窯干制品質量Gr=5263（kg/h），含量=16.27%Qr=Gr21000.1627=1798209.21( KJ/h)。 則：Q4=159244.12+1798209.21= 1957453.33（KJ/h）8.1.4.5其它熱損

29、失(kJ/h)根據經驗占熱收入的5%8.1.4.6 離窯廢氣帶走顯熱Qg取離窯廢煙氣中空氣過剩系數g=2.0，眼氣離窯溫度tg=200，煙氣比熱cg=1.445kJ/（Nm3）Qg=15.425+(2.0-1.3)10.997x1.445200=6682.52x(kJ/h)8.1.5 列出熱平衡方程式由熱收入=熱支出得:計算得出x=287m/h8.2 冷卻帶熱平衡8.2.1 熱平衡計算基準及范圍時間基準：1h； 溫度基準：08.2.2 熱平衡框圖 圖81： 冷卻帶熱平衡示意圖 產品帶入顯熱 冷卻風帶入顯熱 產品帶出顯熱 熱風抽出帶走顯熱 窯體散熱 其它熱損失8.2.3 熱收入項目8.2.3.1

30、產品帶入顯熱制品帶入顯熱在上面已經算出：=7326096KJ/h8.2.3.2 冷風帶入顯熱鼓入冷風為自然風,=20,查表知此時冷風的比熱為:=1.30kJ/(m)設鼓入風量為m/h，則:=268.2.4熱支出項目8.2.4.1 制品帶走顯熱出窯時產品的質量G3=5263（Kg/h）,出窯口溫度=80,查表知此時溫度下制品的平均比熱為：0.86+2610 0.86+2610800.89 kJ/(kg)則:=52630.8980=374725.6kJ/h8.2.4.2 熱風抽出時帶走的顯熱抽風為鼓入風的95%,故抽出熱風量應為0.95m/h.取熱風抽出時的溫度為:=200C,查表知此時的比熱為:

31、=1.32kJ/(m),則:=1.32200Vx=264Vx（KJ/（Nm3）8.2.4.3 窯體的散熱急冷帶（28-31節）1200850段散熱 窯墻散熱輕質高鋁磚230mm0.66+0.00008t硅酸鋁耐火纖維130mm0.13設：t2=800，t3=70則：單位熱流密度：校驗： 設計合理窯頂散熱：輕質高鋁磚230mm0.66+0.00008t硅酸鋁耐火纖維130mm0.13設：t2=780，t3=70則：單位熱流密度：校驗： 設計合理窯底散熱輕質高鋁磚230mm0.66+0.00008t硅藻土磚195mm0.063+0.00014t設：t2=870，t3=65則：單位熱流密度：校驗：設計合理緩冷帶、快冷帶（3242節）：85080 ，要內壁平