年产860万件汤盘天然气隧道窑设计说明书.docx
- 文档编号:24806732
- 上传时间:2023-06-01
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:90.29KB
年产860万件汤盘天然气隧道窑设计说明书.docx
《年产860万件汤盘天然气隧道窑设计说明书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《年产860万件汤盘天然气隧道窑设计说明书.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
年产860万件汤盘天然气隧道窑设计说明书
景德镇陶瓷学院
《窑炉课程设计》说明书
题目:
年产860万件汤盘天然气隧道窑设计说明书
前言
一、设计任务书…………………………………………………………………4
二、烧成制度的确定
2.1温度制度的确定…………………………………………………………5
三、窑体主要尺寸的计算..
3.1棚板和立柱的选择………………………………………………………5
3.2窑长及各带长的确定……………………………………………………5
3.2.1装车方法……………………………………………………………5
3.2.2窑车尺寸确定………………………………………………………6
3.2.3窑内宽、内高、全高、全宽的确定………………………………6
3.2.4窑长的确定…………………………………………………………7
3.2.5全窑各带长的确定…………………………………………………7
四、工作系统的确定
4.1排烟系统………………………………………………………………7
4.2燃烧系统………………………………………………………………8
4.3冷却系统………………………………………………………………8
4.4传动系统………………………………………………………………8
4.5窑体的附属结构………………………………………………………8
五、窑体材料及厚度的选择…………………………………………………8
六、燃料燃烧计算…………………………………………………………12
七、物料平衡计算…………………………………………………………13
八、热平衡计算……………………………………………………………14
九.冷却带的热平衡计算……………………………………………………18
十、烧嘴的选用………………………………………………………………21
十一、心得体会………………………………………………………………22
十二、参考文献………………………………………………………………23
前言
隧道窑是耐火材料、陶瓷和建筑材料工业中最常见的连续式烧成设备。
是以一条类似铁路隧道的长通道为主体,通道两侧用耐火材料和保温材料砌成窑墙,上面为由耐火材料和保温材料砌成的窑顶,下部为由沿窑内轨道移动的窑车构成的窑底形成的一种烧成过程。
随着经济的不断发展,陶瓷工业在人民生产、生活中都占有重要的地位。
陶瓷的发展与窑炉的改革密切相关,某一种特定的窑炉可以烧制出其他窑炉所不能烧制的产品,而有时需要一种特定的产品,就需要对其窑炉的条件加以限制,因此,配方和烧成是陶瓷制品优化的两个重量级过程,每个过程都必须精益求精,才能得到良好,称心的陶瓷制品。
隧道窑是现代化的连续式烧成的热工设备,以窑车为运载工具,具有生产质量稳定、产量大、消耗低的特点,最适合于工艺成熟批量生产的日用瓷。
由于现在能源价格不断上涨,为了节约成本,更好的赢取经济利益,就需要窑炉在烧成过程中严格的控制温度制度、气氛制度,压力制度,提高生产效率及质量,更好的向环保节能型窑炉方向发展。
所以,我们作为新一批的陶瓷制作学习者,要求经过这个设计周,全面了解一个合适,高校的烧成窑炉在生产实践中都应注意的问题,将自己学的理论知识与现实生产进行紧密贴合。
了解隧道窑的设计过程,和在设计过程中应注意的问题。
一、设计任务书
材料科学与工程学院2013.10
专 业
无机非金属材料工程
班 级
学生姓名
指 导
教 师
题 目
年产860万件10寸汤盘隧道窑设计
设计技术指标、参数:
1.年产量:
860万件(年工作日330天,合格率90%).
2.产品规格:
10英寸,0.48kg/块
3.10寸汤盘坯料组成(%)
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Fe2O3
K2O+Na2O
I.L
69.20
19.96
0.87
0.49
0.88
3.12
5.48
4.入窑水分:
〈3%
5.最高烧成温度:
1320℃
6.燃料:
天然气
7.烧成曲线:
自定
8.气氛:
常温-1050℃氧化气氛
1050-1200℃还原气氛
1200-1320℃中性气氛
9.夏天最高气温:
40℃
基本要求:
1.进一步了解窑炉设备的基本结构。
2.掌握窑炉设备的工作原理、工程制图方法和编制设计说明书的方法。
3.应用热工知识进行正确设计和计算。
4.设计过程要独立完成有一定的创新性。
5.提供设计图纸。
时间安排:
2013.9.23~2013.10.11共三周时间完成
1、2013.9.23~9.27确定窑体主要尺寸和结构、设计计算
2、2013.9.30~10.4 绘图、图纸上墨
3、2013.10.7~10.11 编写打印说明书
二、烧成制度的确定
2.1温度制度的确定
根据制品的化学组成、形状、尺寸、线收缩率及其他一些性能要求,制定烧成制度如下:
温度(℃)
时间h
烧成阶段
20—300
2.0
预热带
300—600
2.0
预热带
600—950
2.0
预热带
950—1320
3.0
烧成带
1320—1320
1.0
烧成带(高火保温)
1320—800
2.0
冷却带(极冷带)
800—400
2.0
冷却带(缓冷带)
400-80
2.0
冷却带(快冷带)
表1烧成制度
三、窑体主要尺寸的计算:
3.1棚板和立柱的选择:
查资料得10寸汤盘的详细参数如下:
大小:
333×333×20(单位:
mm)单件制品质量:
0.48kg
考虑坯体收缩率8%,所以:
坯体直径尺寸=产品尺寸/(1-烧成收缩)=333/(1-8%)=362mm
坯体高度尺寸=产品尺寸/(1-烧成收缩)=20/(1-8%)=21.74mm
所以,棚板的尺寸选择为:
350×350×10(mm)
支柱的尺寸为:
50×50×100(mm)
3.2窑长及各带长的确定:
3.2.1装车方法
采用窑车上设置棚板并14层码放,每块棚板放置一个平盘坯体。
棚板设置规格为:
5×6(其中5表示行数,6表示列数),相邻棚板间距为10mm,最底层四周棚板与垫板相距为15mm,每块棚板采用三个支柱,连线成等腰三角形。
上下层棚板间距由支柱高度决定,为100mm。
3.2.2窑车尺寸确定
由此确定窑车车面尺寸为:
长:
350×6+10×5+15×2=2180mm
宽:
350×5+10×4+15×2=1820mm
窑车架高223mm,窑车衬面边缘用四层的轻质砖共4×65+4×2=268mm,则:
窑车总高为:
223+268=491mm
3.2.3窑内宽、内高、全高、全宽的确定
①内宽:
隧道窑内宽是指窑内两侧墙间的距离,包括制品有效装载宽度与制品和两边窑墙的间距。
窑车与窑墙的间隙尺寸一般为25~30mm,此次设计中取用30mm,则预热带与冷却带窑内宽:
B=2180+30×2=2240mm
②内高:
内高是指,隧道窑内可装制品部分的空间高度,通常指从窑车面到窑顶的高度。
为了避免火焰直接冲刷到局部制品上,影响火焰流动,造成较大温差,窑车的台面与垫板间、上部制品与窑顶内表面之间都设有火焰通道,其高度:
棚板下部通道取230mm,上部火焰通道取239mm。
因此,窑内高初定为:
230(下火道)+14×10(棚板)+6×100(支柱)+239(上空间)=1209mm
由于具体的高度确定还与选择的耐火砖尺寸厚度的整数倍有关。
通常耐火砖厚度取65mm,所以高度方向上,耐火砖块数=1209/65=18.6,取19块,则高度为:
19×65=1235mm,灰缝:
19×2=38mm,
则预热带、冷却带窑内高:
1235+38=1273mm,
对于烧成带,内高增大一块标准砖的宽度134mm,所以,
烧成带内高=1273+134=1407mm
③全窑高即轨面至窑顶外表面:
在内高的基础上加上窑车高。
预热带、冷却带:
1273+491+350=2114mm
烧成带:
1407+491+450=2348mm
④全窑宽(两侧外墙之间的距离,没有包括钢架):
根据窑墙所选的材料,预热带、冷却带单侧窑墙厚度为405mm,烧成带单侧窑墙厚度为455mm,故:
预热带、冷却带全窑宽=405×2+2240=3050mm
烧成带全窑宽=455×2+2240=3150mm
3.2.4窑长的确定
窑车每层装载制品数为5×6=30件,共14层,所以,每车装载制品数为:
30×14=420件,干制品质量480g,则每车装制品质量为480g×420=201.6kg,装窑密度g=每车装载件数/车长=420/2.18m=192.66件/m.
则窑长:
m
G—生产任务,件/年;L—窑长,m;
—烧成时间,h;K—成品率,%;
D—年工作日,日/年;g—装窑密度,件/每米车长。
窑内容车数:
n=98.96/2.18=45.39辆,取整数46辆,此时窑长=46×2.18m=100.28m。
该窑采用钢架结构,全窑不设进车和出车室,故全窑长取102.00m。
全窑分为51个标准节,每节长为2m。
3.2.5全窑各带长的确定
根据烧成曲线,各带烧成时间与烧成周期的比值,预热带取19节,烧成带取13节,冷却带取19节,则各带长及所占比例为:
预热带长=2×19=38m,占总长的37.25%
烧成带长=2×13=26m,占总长的25.50%
冷却带长=2×19=38m,占总长的37.25%
四、工作系统的确定
4.1排烟系统
其中1~7节为排烟段,第一节前半节两侧墙及窑顶设置一道封闭气幕,喷入由冷却带抽来的热风。
后半节上部和下部各设1对排烟口(180×100mm,为砌筑的方便高度取3×67=201mm),目的是使窑头气流压力自平衡,以减少窑外冷空气何向内侵入。
其余每节在其上、下部各设1对排烟口,位置正对。
烟气经过窑墙内水平烟道,由垂直烟道经窑顶金属管道到排烟机,然后由铁皮烟囱排至大气。
4.2燃烧系统
在烧成带20节到23节设对燃烧室,每节一对,不等距分布,前疏后密,一排布置,两侧相错排列,有利于烧成带温度制度的调节。
24节到32节,各节设3个燃烧室,相错排布,上不一个,下部两个。
4.3冷却系统
冷却带按照烧成工艺分成三段:
第33--39节为急冷段。
该段采用喷入急冷风直接冷却方式,除急冷首节(第33节)只在后半节设冷风喷管(尺寸
67)(上设3个,下设2个)外,其余每节上部设5个冷风喷管,下部设4个冷风喷管,上下喷管交错设置。
第40--45节为缓冷段。
本设计中采用直接热风冷却的方法,为了能使急冷段和快冷段来的热风对制品进行充分缓冷,设计中40节不设抽热风口,46节不设喷风管。
其余5节各设1对相错的抽热风口。
第46--49节为快冷段。
第47~49节上下部各设3对冷风喷管,49节前半部上下部各设置2个,通过喷管鼓入冷风直接对窑内的制品进行冷却,以保证制品的出窑温度低于80℃。
4.4传动系统
由于窑车连续性传动,原理:
由于螺旋杆上的活塞在油压的作用下连续不断的向前前进,推动窑车在窑内移动。
4.5窑体的附属结构
4.5.1事故处理孔
事故处理孔下面应与窑底面平齐,以便于清除出落在窑底上的碎片。
事故处理孔尺寸为:
宽345mm,高115mm,设在41号车位。
4.5.2测温孔及观察孔
在烧成曲线的关键处设置测温孔,低温段布稀点,高温处密点,以便于更好地了解窑内各段的温度情况。
观察孔是为了观察烧嘴的情况。
4.5.3膨胀缝
窑体受热会膨胀,产生很大的热应力,为避免窑体开裂,挤坏,必须重视窑体膨胀缝的留设。
在此次设计中窑节之间留20毫米膨胀缝,以陶瓷棉填充。
五、窑体材料及厚度的选择
5.1窑体
窑体由窑墙主体、窑顶和钢架组成窑体材料由外部钢架结构(包括窑体加固系统和外观装饰墙板)和内部耐火隔热材料衬体组成。
砌筑部分,均采用轻质耐火隔热材料。
窑墙、窑顶和窑车衬体围成的空间形成窑炉隧道,制品在其中完成烧成过程。
5.2钢架
每一钢架长度为2米,含钢架膨胀缝。
全窑共35个钢架结构,其高度、宽度随窑长方向会有所改变。
钢架主要由轻质方钢管、等边角钢等构成,采用焊接工艺,并在焊接处除去焊渣、焊珠,并打磨光滑。
窑墙直接砌筑在钢板上,钢架承担着窑墙和窑顶及附属设备的全部重量。
5.3窑墙
窑墙采用轻质耐火隔热材料。
常用材质如下:
石棉板、轻质粘土砖、硅藻土
砖、普通硅酸耐火纤维板、含铬耐火纤维毡、轻质高铝砖、矿渣棉等耐火材料。
窑墙砌筑在钢架结构上。
每隔2米留设20mm左右的热膨胀缝,用含锆散棉填实。
窑墙最外面用10mm厚的石棉板(为方便画图,画图时没考虑灰缝的长度)。
5.4窑顶
窑顶是由吊顶板或吊顶砖和角钢或细钢筋等组成的平顶结构。
角钢直接焊接在窑顶钢架上,细钢筋则是做成钩状挂在窑顶钢架上。
吊顶板或吊顶砖与角钢或细钢筋紧固。
这样,窑顶的重量也由钢架承担。
在窑顶上,铺厚度适宜的保温棉和耐火棉,窑体材料的轻质化,可大大减少窑体蓄热。
5.5测温孔
在烧成曲线的关键处设置测温孔,以便于更好地了解窑内各段的温度情况,观察孔是为了观察烧嘴的情况。
测温孔的间距一般为3-5米,高温段布置密集些,低温段布置相对稀疏。
为了严密监视及控制窑内温度和压力制度,及时调节烧嘴的开度,一般在窑道顶及侧墙留设测温孔安装热电偶。
本设计在窑体的第1节~19节,在第1节设置一处测温孔,接下来每隔一节设置一处测温孔,共10处测温孔;在进入烧成带之后的第20节与23节各设置一处测温孔,第25、27、28、29、31节的窑顶和窑侧墙处设置测温孔,共9处测温孔;从第33节开始每隔一节设置一个测温点,共10个。
因此在烧成曲线的关键点,如窑头、氧化末段、晶型转化点、成瓷段、急冷结束等都有留设。
5.6曲封、砂封和车封
窑墙与窑车之间、窑车与窑车之间做成曲折封闭。
曲封面贴一层高温耐火棉。
窑车之间要承受推力,所以在窑车接头的槽钢内填充散棉,以防止上下漏气。
砂封是利用窑车两侧的厚度约6~8mm的钢制裙板,窑车在窑内运动时,裙板插入窑两侧的内装有直径为1~3mm砂子的砂封槽内,隔断窑车上下空间。
砂封槽用厚度3mm左右的钢板制作而成,且留有膨胀缝。
在预热带头部缓冷段头部的窑墙上各设置一对加砂斗。
5.7窑体材料及厚度的选择
整个窑体由金属支架支撑。
窑体材料要用耐火材料和隔热材料。
窑体材料及厚度的确定原则:
一是要考虑该处窑内温度对窑体的要求,即所选用的材料长期使用温度必须大于其所处位置的最高温度;
二是尽可能使窑体散热损失要小;
三是要考虑到砖型及外形整齐。
根据上述原则,确定窑体的材料及厚度如下:
节位置(温度段)
窑墙
窑顶
材质
厚度(mm)
该段厚度(mm)
材质
厚度(mm)
该段厚度(mm)
排烟段(1-7节)
20-300℃
轻质粘
土砖4
230
405
轻质粘
土吊顶砖
250
350
硅藻土砖1
115
矿渣棉
50
普通硅酸耐火纤维板
100
石棉板
10
预热升温段(8-19节)
300-950℃
轻质粘
土砖
230
405
轻质粘土
吊顶砖
250
350
硅藻土砖
115
矿渣棉
50
普通硅酸耐火纤维板
100
石棉板
10
烧成段(20-32节)
950-1320℃
轻质高
铝砖
230
455
轻质高铝吊顶砖
250
450
轻质粘
土砖
115
含铬耐火纤维毡
100
含铬耐火纤维毡
100
普通硅酸耐火纤维板
100
石棉板
10
急冷段(33-39节)
1320-800℃
轻质粘土砖
230
405
轻质粘土吊顶砖
250
350
硅藻土砖
115
矿渣棉
50
普通硅酸耐火纤维板
100
石棉板
10
缓冷段(40-45节)
800-400℃
轻质粘土砖
230
405
轻质粘土吊顶砖
250
350
硅藻土砖
115
矿渣棉
50
普通硅酸耐火纤维板
100
石棉板
10
快冷段(46-51节)
400-80℃
轻质粘土砖
230
405
轻质粘土吊顶砖
250
350
硅藻土砖
115
矿渣棉
50
普通硅酸耐火纤维板
100
石棉板
10
六、燃料燃烧计算
6.1空气量的计算
6.1.1理论空气量的计算
根据原始数据Qd=41580kJ/Nm
根据经验公式计算理论空气量:
L0=0.264Qd/1000+0.02=0.264×41580/1000+0.02=11.00(Nm3/Nm3)
6.1.2实际空气量的计算
取空气过量系数为a=1.05,则:
实际空气需要量为:
La=L0×1.05=11.55(Nm3/Nm3)
6.2烟气量的计算
根据经验公式计算实际烟气量为:
Vg=aL0+0.38+0.018Qd/1000
=1.05×11+0.38+0.018×41580/1000=12.68(Nm3/Nm3)
6.3燃烧温度的计算
设空气温度ta=20℃空气比热为ca=1.3KJ/(Nm3.℃)
天然气比热为cr=1.69KJ/(Nm3.℃),ta=tr=20℃
现设tth=2100℃,燃烧产物温度cg=1.603KJ/m3.℃。
则理论燃烧温度为:
=(41580+1.69*20+1.3*20*11.55)/12.68*1.603
=2062℃
(式中cr、ca、cg—燃料、空气及烟气的比热容;
L
—一定空气消耗系数(
)下的单位燃料空气消耗量;
V
—一定空气消耗系数下单位燃料燃烧生成的烟气量;
t
、t
—燃料及空气的预热温度)
(2100-2062)/2100<5%,所设温度合理。
取高温系数为0.75,则实际温度为:
t=0.75×2100=1575℃,比最高烧成温度1320℃高出255℃,符合烧成要求,认为合理。
七、物料平衡计算
10寸汤盘的坯体成分组成(%)如下表:
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Fe2O3
K2O+Na2O
I.L
69.20
19.96
0.87
0.49
0.88
3.12
5.48
(1)每小时烧成制品的质量Gm
成品每件质量480g,则每车制品质量为480g×420=201.6kg,
推车速度=46车/16时=2.88车/时。
=推车速度×每车载重=2.88×201.6=580.61kg/h。
(2)每小时入窑干坯的质量Gg
Gg=Gm·
=580.61×
=614.27kg/h
(3)每小时入窑湿坯的质量Gs
Gs=Gg·
=614.27×
=633.27kg/h(含水量为<3%)
(4)每小时蒸发的自由水量Gz
Gz=Gs-Gg=633.27-614.27=19kg/h
(5)每小时从精坯中产生的CO2质量
GCaO=Gg×CaO%=614.27×0.87%=5.34kg/h
G
=Gg×MgO%=614.27×0.49%=3.01kg/h
Gco
=Gc
o×
+G
×
=5.34×44/56+3.01×44/40
=7.507kg/h
(6)每小时从精坯中排除结构水的质量Gi
Gi=Gg×IL%-Gco
=614.27×5.48%-7.507=26.15kg/h
(7)每小时入窑窑具的质量Gb
窑具主要是支柱和棚板。
单个棚板质量=350×350×10×10-6×2.2=2.695Kg
单个支柱质量=50×50×100×10-6×2.2=0.55Kg
棚板总重量=14×30×2.695=1131.9Kg
支柱总重量=6×39×0.55=128.70Kg
窑具的质量Gb=(1131.9+128.70)×2.26=2848.956kg/h
八、热平衡计算
8.1热平衡计算基准及范围
热平衡计算以1h作为时间基准,而以0℃作为基准温度。
计算燃烧消耗量时,热平衡的计算范围为预热带和烧成带,不包括冷却带。
8.2热平衡框图
图8-2预热带和烧成带的热平衡示意图
其中:
Q1—制品带入的显热;
Q2—硼板、支柱等窑具带入显热;
Q3—产品带出显热;
Q4—硼板、支柱等窑具带出显热;
Q5—窑墙、窑顶散失之热;
Q6—窑车蓄热和散失热量;
Q7—物化反应耗热;
Q8—其他热损失;
—燃料带入化学热及显热;
Qg—烟气带走显热;
—助燃空气带入显热;
—预热带漏入空气带入显热;
—气幕、搅拌风带入显热;
8.3热收入项目
①坯体带入显热Q1
由上面物料平衡计算可知入窑湿基制品质量Gs=633.27kg/h,
Q1=
(kJ/h)
其中:
Gs—入窑湿基制品质量(Kg/h)
—入窑制品的温度(℃);
=20℃
—入窑制品的平均比热(KJ/(Kg·℃));
=0.86KJ/(Kg·℃);
Q1=633.27×0.86×20=10892.24(kJ/h)
②棚板及支柱带入的显热Q2
其中:
—入窑硼板、支柱等窑具质量(Kg/h);Gb=2848.956kg/h;
—入窑硼板、支柱等窑具的温度(℃);T2=20℃
—入窑硼板、支柱等窑具的平均比热(KJ/(Kg·℃));
50%碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算《耐火材料P154》:
=0.963+0.146
t=0.963+0.000146×20=0.966KJ/(Kg·℃)
Q2=2848.956×0.966×20=55041.83(kJ/h)
③燃料带入化学热及显热
=(
+
)x(kJ/h)
(其中:
燃料为天然气,低位发热量为:
=41580KJ/m3;
—入窑燃料温度(℃);入窑天然气温度为
=20℃;
—入窑燃料的平均比热,
;
x—每小时天然气的消耗量为;Nm3/h;)
=20℃时天然气比热为
=1.38
;
=(
+
)x=(41580+20×1.38)
=41607.6
kJ/h
④助燃空气带入显热
全部助燃空气作为一次空气,燃料燃烧所需空气量
=a*Va
=11.55
助燃空气温度ta=20℃,20℃时空气比热容ca=1.30[kJ/(Nm3·℃)]
所以Qa=Vatacax=11.55×1.30×20X=300.3x(KJ/h)
⑤从预热带不严密处漏入空气带入显热
=(
)
(其中:
—离窑烟气中的空气过剩系数取2.0
、
—漏入空气与喷入风的比热与温度,分别取20℃,1.30
=(2.0-1.05)×11.00×1.30×20
=271.7
(kJ/h))
8.4热支出项目
①制品带出显热Q3
出烧成带产品质量G3=580.61kg/h(不考虑灼减)
出烧成带产品温度t3=1320℃
查得产品的平均比热C3=1.20KJ/kg℃
Q3=GmC3T3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 年产 860 万件汤盘 天然气 隧道窑 设计 说明书