輥道窯窯爐設計說明輥道窯窯爐設計前言瓷窯爐可分為兩種:一種是間歇式窯爐,比如梭式窯;另一種是連續式窯爐,比如本設計書設計的輥道窯。輥道窯是當代瓷工業的先進窯爐，我國70年代開始已陸續應用于日用瓷工業、建筑瓷工業。80年代后，滾到窯已廣泛地用于我國建工業中。輥道窯由于窯溫度場均勻，從而保證了產品質量，也為快燒提供了條件；而快燒又保證了產量，降低了能耗。產品單位能耗一般在2000?3500kJ/kg，而傳統隧道窯則高達5500?9000kJ/kg。所以，輥道窯是當前瓷工業中優質、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壓力。最后，必須要維持適當的氣氛。通過對其窯爐結構和控制的了解，借鑒經驗數據，本文設計的輥道窯，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，單位質量得產品熱耗為2543.6kJ/kg。熱效率高，溫度控制準確、穩定，傳動用電機、鏈傳動和齒輪傳動結構，聯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、穩定，維護方便，控制靈活。經過緊的三周，有時候，特別是畫圖時，對于沒有經過訓練的我們來說，很是不容易，進入狀態時飯也顧不上吃，叫外賣，夜以繼日的，就像繡花一樣，不經歷還真不知道這其中的滋味，我想這次的窯爐設計實習，給予我們的不僅僅是設計的本身，還讓我們知道什么是細致，什么叫技術。在此，特別感周露亮、朱慶霞、健、杰幾位老師的細心指導，沒有他們的指導，我們就無從下手。由于水平所限，設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。設計任務書一、設計任務:日產10000平米玻化磚輥道窯設計設計任務：日產10000平米玻化磚天然氣輥道窯爐設計（一）玻化磚1．坯料組成（%）：SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OI.L68.3516.272.302.650.851.762.154.85.產品規格：400x400x8mm,單重3公斤/塊；.入窯水分：＜1%4．產品合格率：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窯寬的確定產品的尺寸為400x400x10mm,設制品的收縮率為8%。由于坯體尺寸=產品尺寸/（1-燒成收縮）,得坯體尺寸為：435x435mm兩側坯體與窯墻之間的距離取100mm，設寬B=2810mm,取產品長邊平行于輥棒,計算寬度方向坯體排列的塊數為：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(日產量x燒成周期)m(24x產品合格率)=(10000x60/60)^(24x95%)=438.6(^/窯)裝窯密度=每米排數x每排片數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)取單節長度為2500mm,節間聯接長度8mm。窯的節數=200三2.508=79.7節，取節數為80節所以算出窯長為L=2500x80=200m3.2.2窯體各帶長度的確定預熱帶占全窯總長的30%，節數=80x30.%二24節，長度二24x2.5二60m;燒成帶占全窯總長的25%，節數=80x25%二20節，長度二20x2.5二50m;冷卻帶占全窯總長的45%，節數=80x45%二36節，長度二36x2.5二90m。3.3窯高的確定表3－1：窯高度表1-24節25-56節57-80節輥上高(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工作系統的確定5.1排煙系統采用集中排煙方式，排煙口設在第1，3，6節，每節上下各5對直徑為200mm的圓形排煙口直通窯體外，排煙口設在距每節窯頭600mm處。下排煙口上方設置支柱和擋板以防止碎坯落入下排煙口。排煙出口處設置排煙閥，然后經水平分管進入總煙管。總煙管設于窯頂，上有總閘。利用煙氣抽力，引導窯氣體流動。燃燒系統燒嘴的設置本設計在預熱帶后部即燒成帶前就開始設置燒嘴，有利于快速升溫和溫度調節，縮短燒成周期，達到目的。考慮到在低溫段設置燒嘴不宜太多。因此，在在第7~24節，每節輥下交錯設置2對燒嘴，在24~44節，每節設置4對燒嘴，上下對側均交錯布置。每個燒嘴對側設置一個火焰觀察孔，因此，本設計總共有136對燒嘴。天然氣輸送裝置在天然氣總管前設一個連鎖保險器，保證助燃風機事故、停電、天然氣壓力過低時能迅速自動切斷天然氣，確保安全。天然氣總管設一放散管。天然氣支管和分管分別從分管和總管側方引出防止冷凝水淤積在管道。輥上或輥下每4個燃燒系統組成一個控制單元。5.3冷卻系統急冷通風系統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，此時可以進行急冷，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或狹縫式出風口，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，橫穿入窯的冷風管須用耐熱鋼制成，管徑為60?80mm。本設計也采用直接吹風冷卻，在第45?50節每節設置12根080急冷風管,上下管布置在同一斷面并橫穿過窯,每根風管的窯部分均勻開90個010圓孔.5.3.2緩冷通風系統在第57-66節的每節輥上安裝12根060間壁換熱管做間接冷卻，換熱管一端敞開做吸風口，另一端接抽熱風管，通向余熱風機。在66-72節窯的頂部設置7個圓形抽熱風口，直徑為250mm。緩冷換熱和抽熱共用一臺風機。85.3.3快冷通風系統窯尾采用直接吹冷風冷卻產品。在窯爐最后2節兩側安裝軸流風扇，每節窯頂、窯底各設4臺軸流風扇，上下對制品強制冷卻。在第78節設一矩形抽冷風口，尺寸為1050x500mm。5.4傳動系統5.4.1輥子材質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。常用輥子有金屬輥和瓷輥兩種。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：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動過程中都有3根輥棒，所以應取問產品的1/4以下，即輥距不大于400/4=100mm，因此，本設計確定輥距為50m，每節窯為2508/50=50根。傳動系統的選擇考慮到產品的質量問題，輥道窯的傳動系統由電機、鏈傳動和齒輪傳動結構所組成。為避免停電對正常運行的輥道窯造成的危害，輥道窯一般都設在滯后裝置，通常是設一臺以電瓶為動力的直流電機。停電時，立即驅動直流電機，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-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-輥子傳動過程聯接方式依據以上原則，聯接方式主要采用彈簧夾緊式，從動采用托輪磨擦式。95.5窯體附屬結構事故處理孔事故處理孔設在輥下，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大于事故處理孔對角線延長線與對側壁交點連線。圖5－1：事故處理孔的布置\兩事故處理孔中心距L應小于或等于6.63m又因為每節長度只有2.5m，所以，可以每節設置一個事故處理孔，本設計在每節設置一個事故處理孔，尺寸為：400x130mm,兩側墻事故處理孔采取交錯布置的形式。當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，防止熱氣體外溢或冷風漏入等現象對燒成制度產生影響。5.5.2測溫測壓孔及觀察孔為嚴密監視及控制窯溫度制度，及時調節燒嘴開度，在窯道頂及窯側墻中央留設若干處測溫孔，以安裝熱電偶。本設計在1、6、63、65節及7-70節的偶數節設置直徑為O40mm測溫孔，輥上設在窯頂，輥下設在窯側墻，兩側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，一般控制在預熱帶和燒成帶交接面附近。若零壓過多移向預熱帶，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，則預熱帶負壓大，易漏入大量冷風，造成氣體分層，上下溫差過大，延長了燒成周期，消耗了燃料。本設計以觀察孔代替測壓孔。10在每個燒嘴的對側窯墻設置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，每節窯體留設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。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流、調整升溫曲線、蓄熱輻射及截流作用。檔板負責對窯上半窯道的控制,采用耐高溫硬質瓷纖維板制成,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置在同一橫截面上。全窯共設置3對閘板和擋火墻結構，分別在24-25節、44-45節、58-59節，節之間設置。5.6窯體加固鋼架結構形式輥道窯鋼架結構起著加固窯體作用，而鋼架本身又是傳動系統的機身。本設計采用金屬框架裝配式鋼架結構,立柱用2.5tx75x50mm方鋼、上橫梁用2.3tx50x50mm方鋼、下梁用2.5tx100x50mm方鋼。在一節窯體鋼架中，每側共有立柱3根，兩頭每個立柱上開有攻M12螺栓節間聯接的個孔。下橫梁每節共3根，焊在底側梁上，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，本設計燃料低發熱量Qnet=41580KJ/Nm3,其成分組成如表2－2所示:根據氣體燃料的化學組成，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，根據經驗取空氣系數為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燃燒溫度設空氣溫度天然氣比熱為：現設tht二1600弋，燃燒產物溫度二(41580+1.58x1.3x20+14.27x20)/(12.8674J.76)二1538.4°C求得溫度與假設溫度相對誤差:(1600-1538.4)/1600x100%=3.8%<5%,所以假設合理。取高溫系數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,保證產品達到燒熟的目的。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。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節名稱材質使用溫度(°C)導熱系數[W(m?C)]熱平衡計算熱平衡計算包括預熱帶、燒成帶熱平衡計算和冷卻帶熱平衡計算預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抽L±J-&出量。8.1預熱帶及燒成帶熱平衡計算8.1.1熱平衡計算基準及圍時間基準：1h;溫度基準：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:500-950C,取平均值725C;第24?44節：950-1180C取平均值為1065C。i第6?24節: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)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冷卻帶熱平衡表產品帶入顯熱1115949096.84產品帶出顯熱5604154.83冷卻風帶入顯熱4496253.16抽熱風帶走顯熱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定性取安全系數1.5本設計一共設置了136對(272個)燒嘴。燒嘴