窑炉设计 课程设计 窑炉 CAD 景德镇陶瓷学院(3)

2025-09-25

孔,以安装热电偶。本设计在1、6、63、65节及7-60节的偶数节设置直径为Φ40mm测温孔,辊上设在窑顶,辊下设在窑侧墙,两侧墙的测温孔交错布置。

压力制度中零压面的位置控制特别重要,一般控制在预热带和烧成带交接面附近。若零压过多移向预热带,则烧成带正压过大,有大量热气体逸出窑外,不但损失热量,而且恶化操作条件;若零压过多移向烧成带,则预热带负压大,易漏入大量冷风,造成气体分层,上下温差过大,延长了烧成周期,消耗了燃料。本设计以观察孔代替测压孔。

在每个烧嘴的对侧窑墙设置Φ50mm的观察孔,以便烧嘴的燃烧状况。未用时,用与观察孔配套的孔塞塞住,以免热风逸处或冷风漏入。 5.5.3 膨胀缝

窑体受热会膨胀,产生很大的热应力,因此在窑墙、窑顶及窑底砌体间要留设膨胀缝以避免砌体的开裂或挤坏。本设计窑体采用装配式,每节窑体留设2处宽度为10mm的膨胀缝,内填陶瓷棉。各层砖的膨胀缝要错缝留设。 5.5.4 挡墙

窑道上的档板和挡火墙可以起到窑内气体的上下和水平导流、调整升温曲线、蓄热辐射及截流作用。档板负责对窑内上半窑道的控制,采用耐高温硬质陶瓷纤维板制成,可以通过在窑顶外部调整位置的高低。挡火墙负责对窑内下半窑道的控制,采用耐火砖砌筑,高低位置相对固定。窑道档板和挡火墙设置在同一横截面上。全窑共设置3对闸板和挡火墙结构,分别在21-22节、35-36节、46-47节,节之间设置。 5.6 窑体加固钢架结构形式

辊道窑钢架结构起着加固窑体作用,而钢架本身又是传动系统的机身。本设计采用金属框架装配式钢架结构,立柱用2.5t×75×50mm方钢、上横梁用2.3t×50×50mm方钢、下梁用2.5t×100×50mm方钢。在一节窑体钢架中,每侧共有立柱3根,两头每个立柱上开有攻M12螺栓节间联接的6个孔。下横梁每节共3根,焊在底侧梁上,下横梁上焊有50×50mm的等边角钢作底架,以便在其上搁置底板。上下侧板可用2~3mm钢板冲压制成,吊顶梁采用50×50×5mm的等边角钢。

6 燃料燃烧计算

6.1 空气量

6.1.1 理论空气量的计算

燃料为发生炉煤气,本设计燃料低发热量Qnet=6753KJ/Nm3,其成分组成如表2-2所示: 根据气体燃料的化学组成,计算其理论空气量: Va0=100/21×[0.5CO+0.5H2+CH4]×1/100

10

=100/21×(0.5×30.6+0.5×13.2+2×4) ×10 =1.42(Nm /Nm) 6.1.2 实际空气量的计算

3

3

-2

由于在氧化气氛下烧成,根据经验取空气系数为?=1.15,

Va=Va0×?=1.42×1.15=1.63(Nm3 /Nm3)

6.2 烟气量

6.2.1 理论烟气量的计算

按照燃料的化学成分计算理论烟气量:

Vg0=[CO2+CO+H2+3CH4+N2]×10+Va0×21/100×79/21

-2

= [3.4+30.6+13.2+3×4+48.8]×10+1.42×21/100×79/21 =2.20(Nm /Nm) 6.2.2 实际烟气量的计算

Vg= Vg0 + (?-1)Va0=2.20 +(1.15-1)×1.42=2.41(Nm /Nm)

3

3

3

3

-2

6.3 燃烧温度

3设空气温度 ta?20℃,空气比热为ca=1.30 kJ/m?℃,

3发生炉煤气比热为:cf=1.32kJ/m?℃,ta?tf?20℃,

现设tth=1700℃,燃烧产物温度cg=1.66kJ/m?℃。则理论燃烧温度为: tth=(Qnet?Vacata?cftf)/ Vgcg

=(6753+1.63×1.3×20+1.32×20)/(2.41×1.66) =1706.5 ℃

求得温度与假设温度相对误差:(1706.5-1700)/1700×100%=0.38%<5%,所以假设合理。取高温系数?=0.8,则实际燃烧温度tp=0.8×1706.5=1365.2℃,比需要的温度高185.2℃,这符合要求有利于快速烧成,保证产品达到烧熟的目的。

37 窑体材料及厚度的确定

1、窑体材料确定原则

窑体材料要用耐火材料和隔热材料。耐火材料必须具有一定的强度和耐火性能以便保证烧到高温窑体不会出现故障。隔热材料的积散热要小,材质要轻,隔热性能要好,节约燃料。而且还要考虑到廉价的材料问题,在达到要求之内尽量选用价廉的材料以减少投资。

2、窑体材料厚度的确定原则

11

① 为了砌筑方便的外形整齐,窑墙厚度变化不要太多。

② 材料的厚度应为砖长或砖宽的整数倍;墙高则为砖厚的整数倍,尽量少砍砖。 ③ 厚度应保证强度和耐火度。

总之,窑体材料及厚度的确定在遵循以上原则得计出上,还要考虑散热少,投资少,使用寿命长等因素

表7-1:窑体材料和厚度表(1)

1-21 、47-70节 名称 窑 耐火层 顶 隔热层 窑 耐火层 墙 隔热层 耐火层 窑 底 膨胀层 硅酸盐耐火纤维束 1350

表7-2:窑体材料和厚度表(2)

22-46节 使用温度名称 窑 耐火层 顶 隔热层 窑 耐火层 墙 隔热层 耐火层 窑 底 膨胀层 硅酸盐耐火纤维束 1350 0.1~0.3 100 隔热层 材质 莫来石轻质高铝砖 硅酸盐耐火纤维束 莫来石轻质高铝砖 混合纤维 莫来石轻质高铝砖 硅藻土砖 (℃) 1600℃ 1150 1600℃ 1350 1600℃ 900 导热系数[W∕(m?℃)] 0.310+0.176×10t 0.1~0.3 0.310+0.176×10t 0.12 0.310+0.176×10t 0.063+0.14×10?3-3-3-3材质 莫来石轻质高铝砖 硅酸盐耐火纤维束 莫来石轻质高铝砖 硅酸盐耐火纤维束 莫来石轻质高铝砖 硅藻土砖 使用温度(℃) 1600℃ 1150 1600℃ 1350 1600℃ 900 导热系数[W∕(m?℃)] 0.310+0.176×10t 0.1~0.3 0.310+0.176×10t 0.1~0.3 0.310+0.176×10t 0.063+0.14×100.1~0.3 ?3-3-3-3厚度(mm) 230 150 230 190 230 130 隔热层 t 厚度(mm) 230 150 230 120 130 130 t 12

8 热平衡计算

热平衡计算包括预热带、烧成带热平衡计算和冷却带热平衡计算。预热带和烧成带的热平衡计算目的在于求出每小时的燃料消耗量;冷却带的热平衡计算的目的在于计算冷空气鼓入量和热风抽出量。

8.1 预热带及烧成带热平衡计算 8.1.1 热平衡计算基准及范围

时间基准:1h; 温度基准:0 ℃ 8.1.2 热平衡框图

图8-1: 预热带和烧成带热平衡示意图

Qf Qa1 Qa2 Q1 Qg Q5 Q2 Q3Q4Q1 ----坯体带入显热; Qa1----助燃空气带入显热;

Qa2----漏入空气带入显热; Qf----燃料带入化学热及显热;

Q2----产品带出显热; Q3----墙、顶、底散热;

Q4----物化反应耗热; Q5----其它热损失; Qg----废气带走显热。

8.1.3热收入项目

8.1.3.1制品带入显热Q1(kJ/h)

烧成酌减4.85%

120003.2=2765.7(kg/h) ?24?95%0.64?95.15'65.7入窑干制品含自由水1%,湿基制品质量G2?=2793.6(kg/h)

1?1%入窑干制品质量G1? 13

制品入窑第1节时的温度为20℃,入窑制品比热为:

c1?0.84?26?10?5?20?0.8452kJ/(kg?℃)

? Q1?G2c1t1?2793.6?0.8452?20?47223(kJ/h)

8.1.3.2燃料带入化学热及显热Qf

燃料的低热值Qnet=6753kJ/Nm

入窑燃料温度tf=20 ℃,20 ℃是发生炉煤气的比热容是cf=1.31kJ/(m·℃) 设发生炉煤气消耗量为xm/h

333? Qf?x(Qnet?cftf)?x(6753?1.32?20)?6779.4x(KJ/h)

8.1.3.3助燃空气带入显热Qa1(KJ/h)

助燃空气温度ta=20℃, 20℃时空气比热容ca=1.30 kJ/(m?℃),则燃料燃烧所需助燃空气总量为:

3Va,总?Va?x?1.63x m3/h

? Qa1?Va,总cata?1.63x?1.3?20?42.38x(KJ/h)

8.1.3.4预热带漏入空气带入显热Qa2(KJ/h )

取预热带前段空气过剩系数?g?2.0,漏入空气温度ta=20℃,ca=1.30 kJ/(m?℃).则漏入空气总量为:

3Va?x(?g??)?Va0?x(2.0?1.15)?1.42?1.21x(m3/h)

? Qa2?Vacata?1.21x?1.3?20?31.46x(KJ/h )

8.1.4 热支出项目

8.1.4.1 产品带出显热Q2(KJ/h)

烧成产品质量G3?G1?95%?2765.7?95.15%?2631.6(Kg/h) 制品出烧成带(第26节)产品温度t2=1180℃.查表可知:产品平均比热为:

c2?0.84?26?10?5?1180?1.15 kJ/(kg?℃)

? Q2?G3c2t2?2631.6?1.15?1180?3571081(KJ/h )

8.1.4.2 烟气带走显热Qg(KJ/h)

每小时离窑烟气总量为:Vg?[Vg?(?g??)?Va]?x =[2.20?(2.0?1.0)?1.42]?x =3.62x(m/h)

烟气离窑温度一般tg=200℃, 200℃时烟气比热容cg=1.41kJ/(m·℃)

3300? Qg?Vgcgtg?3.62x?1.41?200?1020.8x(KJ/h )

8.1.4.4窑体散热损失Q3

将计算分为2部分,即第6~21节: 500-950℃,取平均值725℃;第21~35节:950-1180℃取平均值为1065℃。

ⅰ 第6~21节:窑外壁表面平均温度40℃,窑内壁平均温度725℃

14


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