1、都理工大學窯爐設計說明書題目：設計一條年產衛生陶瓷24萬大件的隧道窯學號：姓名：學院：材料與化學化工學院班級：指導教師：葉巧明劉菁一、前言隨著經濟不斷發展，人民生活水平的不斷提高，陶瓷工業在人民生產、生活中都占有重要的地位。陶瓷的發展與窯爐的改革密切相關，一定結構特點的窯爐燒出一定品質的陶瓷。因此正確選擇燒成窯爐是獲得性能良好制品的關鍵。陶瓷窯爐可分為兩種: 一種是間歇式窯爐, 比如梭式窯; 另一種是連續式窯爐 , 比如隧道窯。隧道窯由于窯內溫度場均勻，從而保證了產品質量，也為快燒提供了條件；而隧道窯中空、裸燒的方式使窯內傳熱速率與傳熱效率大， 又保證了快燒的實現；而快燒又保證了產量，降低了能

2、耗。所以，隧道窯是當前陶瓷工業中優質、高產、低消耗的先進窯型，在我國已得到越來越廣泛的應用。燒成在陶瓷生產中是非常重要的一道工序。燒成過程嚴重影響著產品的質量，與此同時，燒成也由窯爐的窯型決定。在燒成過程中，溫度控制是最重要的關鍵。沒有合理的燒成控制，產品質量和產量都會很低。要想得到穩定的產品質量和提高產量，首先要有符合產品的燒成制度。然后必須維持一定的窯內壓力。最后，必須要維持適當的氣氛。二、設計任務與原始資料1 課程設計題目設計一條年產衛生陶瓷24 萬大件的隧道窯2 課程設計原始資料（ 1）、年產量：24 萬大件 / 年；（2）、產品規格：400*200*200mm干制品平均質量10Kg/

3、件；（ 3）、年工作日：350 天 / 年 ;（ 4）、成品率：85%；（ 5）、燃料種類：天然氣，熱值QD=36000KJ/Bm3;（ 6）、制品入窯水分：2.0%；（ 7）、燒成曲線：20 970， 9h；970 1280， 4h；1280，保溫1h；1280 80，14h；最高燒成溫度1280，燒成周期28h。3 課程設計要求（ 1）、課程設計嚴格按照成都理工大學課程設計（學年論文）工作管理辦法進行規范管理；（ 2）、要求提交窯爐設計說明書一份，設計圖二張（隧道窯剖面圖及隧道窯工作系統圖）；（3）、要求計算正確，設計合理，文圖相符，課程設計報告3000字（含數據表、插圖）；（ 4）、采用

4、學校規定的“成都理工大學學生的撰文專用稿紙”，參照學校規定的畢業設計（論文）撰寫格式要求（含數據表、插圖），撰寫或編排打印課程設計；參照學校規定的畢業設計（論文） 裝訂結構，課程設計報告、圖紙等一并裝入學校規定的 “成都理工大學學生專為資料袋”。三、燒成制度的確定1、溫度制度的確定根據制品的化學組成、形狀、尺寸、線收縮率及其他一些性能要求，制訂燒成制度如下：20 970C, 9h;預熱帶970 1280C, 4h;燒成帶1280C,保溫1h；保溫階段1280- 80C, 14h;冷卻帶燒成周期:28小時2、 窯型選擇衛生瓷是大件產品，采用普通窯車隧道窯。由于考慮到燃料為城市煤氣，經過凈化處理，

5、不會污染制品。若再從窯的結構上加以考慮，避免火焰直接沖劇制品，所以采用明焰露襲的形式（制品不襲匣缽）， 既能保證產品質量，有增加了產量，降低了燃料消耗，改善了工人的操作條件，并降低了窯的造價，是合理的。四、窯體主要尺寸的確定1、窯主要尺寸的確定。為使裝車方便，并使窯內溫度均勻，快速燒成，采用單層裝車的辦法，即窯車上只放一層制品。根據幾種裝車方法確定：窯車長X寬=1500X 870mm平均每車裝制品11件/車，干制品的平均質量為每件10Kg,則每車裝載量為110Kg/車。=240000X28+350+24 + （ 0.85 X 11 + 1.5 ） =128.34m窯內容車數：n=128.34/

6、1.5=85.56 輛取86輛則窯車有效長度為：86X 1.5=129m2、窯體各帶長度的確定預熱帶長Ly=（預熱時間/總燒成時間）X總長=9/28 x 129=41.46m燒成帶長Ls=（燒成時間/總燒成時間）X總長=（4+1） /28 x 129=23.04m冷卻帶長Lv=（冷卻時間/總燒成時間）X總長=14/28 x 129=64.5m設進車室2m 出車室2m 則窯總長為129十2十2= 133m窯內寬B艮據窯車和制品的尺寸取800mm窯內側墻高（窯車掛9z面至拱腳）根據制 品最大尺寸（并留有空隙）定為500mm拱心角口取60,則拱高J=0. 136B= 0. 134X800 二107m

7、m軌面至窯車襯磚面高660mm為避免火焰直接沖擊制品，窯車上設300mift之通道（由 40mmi耐火粕土板及耐火粘土磚柱組成）。見圖144剖面66。側墻總高為（軌面至拱腳）H = 500十300十40十660= 1500mm窯內容車數86輛推車時間：28X60/86=19.5min/ 車小時推車數：60/19.5=3.08 車 /h五、工作系統的安排在預熱帶2 24號車位設23對排煙口，每車位一對。煙氣通過各徘煙口到窯墻內的水平煙道，由 9號車位的垂直煙道經窯頂金后管道至徘煙帆，然后由鐵皮煙囪排至大氣。排煙機及鐵皮煙囪皆設于預熱帶窯頂的平臺。在 1號、6號、11號車位有三運氣幕。其中1號車位

8、氣幕為封閉氣幕，窯頂和側培皆開孔，氣體噴出方向與窯內氣流成90。聲。6號和11號車位為擾動氣幕，氣體由窯頂噴出，方向與窯內氣流成150。角。用作氣幕的氣體從冷卻帶的間接冷卻部位抽出。在燒成帶28 29號一42 43號車位設14對攜燒室，不等距分布，兩測相對排列。助燃空氣不預熱，由助燃風機直接抽車間冷空氣，并采用環形供風方式，各燒最前壓力基本相同。冷卻帶在4450號車位處，有10mfe的間壁急冷段，由側路上的小孔直接吸人車間冷空氣，冷卻氣體流動方向與窯車前進方向相同（ 順流 ） 。從換熱觀點，逆流冷卻效率高，但磚砌體易漏風，逆流漏進的冷風和700左右的產品接觸，易急冷至更低溫度，達到SiO2晶形

9、轉化溫度而使產品開裂。所以要采用順流。該處窯頂自43一號車位有10m長的二層拱間接冷卻，冷空氣亦由窯頂孔洞處自車間吸入。由間壁、二層拱抽出來的熱空氣經窯頂上金屬管道送往預熱帶作氣幕。這里只作為計算例題，實際上該段應采用直接風急冷或直接、間接相結合，將丙層拱抽來的熱氣再噴入窯內作急冷，可防止大件產品炸裂。自 52 60號車位設12對熱風抽出口，每車位一對。熱空氣經過窯墻內的水平熱風通道，于：3號車位處用金屆管道由熱風機拍送干燥。窯后；4號車位處，由冷卻風機自窯頂和側墻集中鼓入冷卻空氣。車下自2865號車位，每隔3mg一個冷卻風進風口，由車下冷卻風機分散鼓風冷卻，并于5號車他處由排姻機排走。燒成帶

10、前后，即28號、43號車位處，設兩對事故處理口。六、窯體材料以及厚度的確定根據上述原則，確定窯體的材料及厚度如表1 7。材料及厚度確定忘可進行材料的蘸算。計算方法同田(1-1) 、 (1-2) ，逐段逐層的計算。確定全窯的材料消耗量。七、燃料燃燒計算1、燃燒所需空氣量該窯用天然氣，其熱值QD=36000KJ/Bm3;理論空氣量：Voa=0.26QD/1000-0.25=9.524;實際空氣量：取空氣過剩系數a =1.29Va=a Va=l.29 X 9.524=12.286Bm3/Bm3;2、燃燒產生煙氣量理論煙氣量：Vo=0.26QD/1000+1.02=0.26*36000/1000+1.

11、02=10.38Nm 3/Nm3)實際煙氣量V=V+ (a-1) Va=10.38+ (1.29-1 ) *9.524=13.14(Nm 3/N肅)3、燃燒溫度理論燃燒溫度tth=(Qnet+CfTf+VaCaTa)/VC=(36000+3.12X20+12.286*1.3 X°C(1730-1688.3)/1688.3 乂 100%=2.5<5斷以合理取高溫系數4=0.80則實際溫度為:Tp=0.80*1688.3=1350.6 °C比燒成溫度1280°C高70.6°C,認為合理用經驗數據決定燃料消耗量八、加熱帶熱平衡計算1、預熱帶及燒成帶的熱平

12、衡計算( 1)熱平衡計算基準及范圍在此以1小時作為計算基準，而以0作為基準溫度。計算燃燒消耗量時，熱平衡的計算范圍為預熱帶和燒成帶，不包括冷卻帶。7.1.2 熱平衡框圖QQQ'Q2 一一 QgQ 一一 QQ3Q4Q5Q6Q7其中Q-制品帶入的顯熱Q-棚板及支柱帶入的顯熱Q-燃料帶入化學熱及顯熱Q-助燃空氣帶入顯熱Q'-漏入空氣帶入顯熱Q-產品帶出顯熱Q-棚板及支柱帶出顯熱Q-窯墻、窯頂散失之熱Q-窯車積散之熱Q-物化反應耗熱Q-其他熱損失Q-廢氣帶走顯熱2、 熱收入項目：(1)制品帶入顯熱Q用公式計算每小時入窯干制品：Gi = 110Kg/車 x 3.08=338.8(Kg/h

13、)入窯制品含2%自由水，每小時入窯的濕制品為：Gi =338.8/ (1-0.02 ) =345.71 (Kg/h)入窯制品的比熱隨各地原料成分及分配方的不同而變化，一般在 0.841.26KJ/kg*C范 圍。現取平均比熱c' =0.92KJ/kg.C入窯制品溫度t1=20CM Qi=Gi - c - t1 =6361.06 (KJ/h)(2)墊板及支柱帶入顯熱Q2:此窯制品不裝匣體，亦不用棚板，為避免火焰沖擊制品，窯車上有耐火粘土熱 墊板及支柱組成的火焰通道。墊板與支柱窯吸熱，根據器體積、密度可求得每 車質量為158.1 Kg。G2=158.1*1.5=237 (Kg/h)C2=0

14、.845(KJ/kg. C)根據公式可得 Q2=237*0.845*20=4005.3(Kg/h)燃料帶入化學熱及顯熱Qf;QD=36000KJ/Bm3;入窯天然氣溫度，t=20C查手冊，此溫度下的天然氣平均比熱為；Cf=3.12根據公式可得；Qf=x(QD+tf Cf)=x(36000+3.12*20)=36062.4x (Kg/h)(4)空氣帶入顯熱Qa;全部助燃空氣作為一次空氣。燃料所需空氣量有1-10 求得。3 Va=12.286xBm3/h助燃空氣溫度ta=20查手冊，在20時空氣的平均比熱為；Ca=1.30(kJ/kg.)根據公式可得Qa=Va*Ca*ta=12.286X 1.3

15、- 20=319。XKJ/h(5)從預熱帶不嚴密處漏漏入空氣帶入顯熱Q.取預熱帶煙氣中的空氣過剩系數 a=2.5,由利1-10中已求出理論空氣量V=9.524Bm3/Bm3;燒成帶燃料燃燒時的空氣過剩系數af=1.293Va'=x(2.5-1.29)*9.524=11.52xBm3/h漏入空氣溫度為ta'=20查手冊，Ca'=1.30kJ/kg.根據公式可得；Q、 a=V、 a*C、 a*t、 a=11.52x*1.3*20=299.5xkJ/h( 6)氣幕空氣帶入顯熱Qm；作氣幕用的氣體由冷卻帶時間接冷卻出抽來，其帶入之顯熱由冷卻帶熱平衡計算為； Qm=216000k

16、J/h3、熱支出項目:(1)產品帶出顯熱Q3出產品帶出質量G3=338.8Kg 出燒成帶產品溫度t3=1280查手冊，得產品平均比熱；C3=1.20kJ/kg. 根據公式可得：Q3=338.8*1.20*1280=520396.8 kJ/h( 2)墊板支柱帶走顯熱Q4墊板、支柱質量：G4=237kg/h出燒成帶墊板、支柱溫度，t4=1280查手冊，次時粘土墊板、支柱的平均比熱為：C4=1.178kJ/kg.根據公式得：Q4=G4*C4*t4=237*1.178*1280=357358kJ/h( 3)煙氣帶走顯熱Qg；煙氣中包括燃燒生成的煙氣，預熱帶不嚴密處漏入之空氣外，尚有用于氣幕的空氣。用于

17、氣幕之空氣體積由冷卻帶計算為；Vm=1552 Bm3/h離窯煙氣體積；Vg=V g+(ag-1)V ax+Vm 離窯煙氣溫度一般為200300，現取tg=250查手冊，此時煙氣的平均比熱為；Cg=1.44kJ/m”. C根據公式得：Qg=V og+(ag-1)Voax+Vm*Cg*tg=10.38+(2.5-1)*9.524*x+1552*1.44*250=8880x+558720kJ/h( 4)通過窯墻，窯頂散失的熱Qs根據各處材料的不同，并考慮溫度范圍不能太大，將預熱帶窯墻分為四段計算其向外散熱，一側散熱：第一段；20750，長15 米，散熱，8200kJ/h第二段；750970，長5.2

18、5 米，散熱，7160kJ/h第三段；9701280，長8.25 米，散熱13600kJ/h第四段；1280，長3 米，散熱5800kJ/h一側總散熱：34760kJ/h兩側總散熱：34760*2=69520kJ/h窯頂按同樣原則，計算結果為112500kJ/hQs=69520+112500kJ/h=182020(5) 窯車積蓄和散失之熱Q6去經驗數據，占熱收入的25%。( 6)物化反應耗熱和散熱之熱Q7不考慮制品所含之結構水自由水質量Gw=345.71-338.8=6.91kJ/h煙氣離窯溫度tg=250制品中A12O騎水量為25%根據公式可得；Q7=Qw+Qr=G( w2490+1.93t

19、g)+Gr*2100*A12O3%=6.91*(2490+1.93*250)+338.8*2100*0.25=198409.98kJ/h(7) 其他熱損失Q8去經驗數據，占熱收入的5%.4、列出熱平衡方程式熱收入=熱支出Q1+Q2+Qf+Qa+Qa+Qm=Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q82535+4005+36624x+319x+11.52x+216000=207360+357358+8880x+558720+69520+11250+79079+(2535+4005+36624x+319x+11.52x+216000)*( 90.25+0.05)移項整理得16989x=13845373X=5

20、1.74, 即每小時需要天然氣51.74Bm3列出預熱帶及燒成帶平衡表如下：1、項目kJ/h%kJ/h%1.坯體帶入顯熱30980.141.產品帶出顯熱25344011.992.墊板、支柱顯熱5323.50.252.墊板、支柱顯熱35735816.903.燃料化學熱，顯熱1865868.687.923.煙氣顯熱515323.224.374.助燃空氣顯熱16505.060.784.窯墻、窯頂散熱1820208.605.漏入空氣顯熱15496.130.735.窯車積、散熱636687.3930.116氣幕顯熱21600010 186.物化反應熱966424.577.其他熱損失73017.53045

21、總計2122291.3100總計2114488.1100熱收入熱支出九、冷卻帶熱平衡計算冷卻帶熱平衡的計算，其計算方法與預熱帶，繞成帶熱平衡計算方法相同。先確 定熱平衡計算基準：1h,0 C；劃計算范圍：冷卻帶；畫冷卻帶熱平衡示意圖；列出熱 收入、熱支出的所有項目，然后解熱平衡方程式。在這個熱平衡方程式中也只能有一 個未知數，即冷卻空氣需要量 y(或可供干燥的熱空氣量)。其他一切項目都應已知， 或用M代替，或事先用分段熱平衡的辦法算出，所以 M可求。而可供干燥的熱空氣抽 出且是由冷卻空氣鼓人員和助燃二次空氣星決定的，亦可求。熱收入的項目為高燒成帶而進入冷卻帶時產品帶入顯熱，棚板帶入顯熱，窯車帶

22、入顯 熱，冷卻空氣帶入顯熱等。熱支出項目為離窯時產品帶出顯熱， 匣缽，棚板帶出顯熱, 竊車帶出顯熱，窯堵、窯頂散熱、抽送干燥熱空氣帶走顯熱，作氣暮氣體帶走顯熱， 其他熱損失笨。計篡公式同預熱帶、燒成帶。1、熱收入項目：(1)產品帶入顯熱Q此項熱量即為預熱、燒成帶產品帶出顯熱：Q=520396.8kJ/h(2)墊板、支柱帶入顯熱Q此項熱量即為預熱、燒成帶墊板、支柱帶出顯熱:Q4=357358kJ/h(3)窯車帶入顯熱Q預熱帶、燒成帶窯車散失之熱約占窯車積、散熱之 5%而95%：積熱帶進冷卻帶。Q=0.95*Q6=0.95*5153323.2=489557.04KJ/h(4)冷卻帶末端送入空氣帶入

23、顯熱 Q。，用公式(162)計算：ta=20C,此溫度下空 氣平均比熱查手冊為：G=1.30KJ/m3* C。Q0=UCt a=VaX 1.3 x 20=26VKJ/h2、熱支出項目：(1) 產品帶出顯熱Q11出窯產品質量G11=135Kg/h出窯產品溫度t 11=80查手冊，此時產品平均比熱，C11=0.896kJ/kg. 根據公式(1-64 )可得：Q11=G11C11t 11=165*0.896*80=11827.2KJ/h(2) 墊板、支柱帶出顯熱，Q12出窯墊板、支柱質量：G12=267Kg/h出窯墊板、支柱溫度：t 12=80在 80是粘板、支柱的比熱為：C12=0.84+0.00

24、0264t=0.858KJ/m 3*Q12=G12C12t 12=18326.88KJ/h(3) 窯車帶走和向車下散失之熱Q13=此項熱量占窯車帶入顯熱的55%，Q3=0.55 X Q=0.55 X 48955.704=269256.37KJ/h(4) 抽送干燥用的空氣帶走顯熱Q14,該窯不用冷卻帶熱空氣作二次空氣，且氣幕所用空氣由冷卻帶間壁抽出，所以，熱空氣抽出量即為冷卻空氣鼓入量Va。設抽送干燥器用的空氣溫度為200：此溫度下的空氣平均比熱為：Ci4=1.32kJ/Bm3 CQ4=M C4 t 1.32 X 200=264VkJ/h( 5)計算得，冷卻帶窯墻，頂散熱為：Q16=100000

25、kJ/h(6) 抽送氣幕熱空氣帶走顯熱Q17抽送氣幕熱空氣包括兩側間壁及二層拱內抽出之熱空氣，其所帶之熱由窯墻、窯頂之計算中已知為：Q17=Q+Q、 =216000kJ/h抽送氣幕的熱空氣體積為；Vm=Vo+Vo、 =1552Bm3/h其他熱損失Q損取經驗數據，占總熱收入的5%3、列熱平衡方程式熱收入=熱支出，即0.95*(207360+357358+688817+26Va)=11827.2+18326.88+269256.37+264Va+100000+216000移項整理得：Va=1796.6019Bm3/h.即每小時有1796.6 標準立方米，200的熱空氣抽送干燥。4、列出冷卻熱平衡表

26、及全窯熱平衡表，方法同預熱帶、燒成帶，此處從略。熱平衡采用計算機輔助計算，可節約時間。并可制成軟件包，便于變更條件時采用十、燒嘴的選用級燃燒室的計算每小時燃料的消耗量求出為：X=73Bm3/h該窯共設7 對燒嘴。每個燒嘴的燃料消耗量為：51.74+ 14=3.70（1）選用DW-3型渦流式短焰燒嘴，其生產能力為18Bm3/h,燒嘴前天然氣壓力800Pa,空氣壓力2000Pa與其配合的燒嘴磚厚230mm。（ 2） 燃燒室體積3V=3.70X 15500/1250000=0.08m燃燒室深為:L二窯墻厚-燒嘴磚厚=1.16-0.23=0.93m燃燒室面積：F=V/L=0.08/0.93=0.09mA2取燃燒室寬B為四個班磚寬，即4X （磚寬+灰縫）=4X （0.113+0.003