热能与动力工程论文

年产70万平方米玻化砖液化石油气辊道窑设计摘 要本设计说明书对所设计的年产70万平方米玻化砖辊道窑加以说明。说明书中具体论述了设计时应考虑的因素,诸如窑体结构、排烟系统、烧成系统和冷却系统等等.同时详细的进行了对窑体材料的选用、热平衡、管路、传动设计等的计算。本次设计窑炉的燃料为液化石油气，在烧成方式上采用明焰裸烧的方法，既提高了产品的质量和档次，又节约了能源，辊子运输可减少窑内装卸制品，和窑外工序连在一起，操作方便，同时具有很高的自动化控制水平，在燃烧及温度控制上采用PID智能仪表，可以很方便的调节和稳定烧成曲线。本说明书内容包括：窑体主要尺寸的确定、工作系统的确定、窑体材料的选择、燃料燃烧计算、热平衡计算、传动计算、管道尺寸阻力计算、风机的选型及工程材料概算。AbstractThis instruction elaborated the roller kiln. The annual production of this roller kiln is 700 thousand square meter porcelain brick. This instruction specifically elaborated the factor should considered when we designed, such as the structure of the kiln body, discharged system, burning system and the cooling system and so on, At the same time it detailed how to choose the meterial, the calculation of heat balance , the pipeline design, the transmission design to the kiln and so on. This fuel of the kiln is liquefied petroleum gas, it fires product directly. This firing way can improved the quality and scale of the product, saved the energy, and the transportation by roller may reduce loading the product. With the working procedure outside the kiln, It eased the operation. Simultaneously it has the high automation control level.It uses the PID intelligence measuring appliance in firing and the temperature control. It can adjust the firing curve and make the temperature stably conveniently.This instruction content includes: the determination of kiln body dimension, work system, the choice of material, the calculation of fuel burning, the calculation of heat balance, the calculation of transmission, the calculation of pipeline size and resistance, how to choose air blower shaping and the estimation of engineerig material.目 录前 言61原始资料收集72窑体主要尺寸的确定82.1进窑砖坯尺寸82.2内宽的确定与排砖方法82.3内高的确定92.4烧成制度的确定92.5窑长及各带长的确定102.5.1窑长的确定102.5.2各带长的确定112.5.3辊道窑窑头、窑尾工作台长度122.5.4窑体总长度的确定123工作系统的确定123.1排烟系统123.2燃烧系统133.2.1烧嘴的设置133.2.2助燃系统143.2.3液化石油气输送系统143.3冷却系统143.3.1急冷通风系统143.3.2缓冷通风系统153.3.3快冷通风系统153.4温度控制系统153.4.1热电偶的设置153.4.2温度仪表选型163.5传动系统163.5.1辊棒的选择163.5.2传动装置163.5.3辊距的确定173.5.4辊棒的联接形式173.5.5传动过程183.6窑体附属结构183.6.1事故处理孔183.6.2观察孔与测温口193.6.3膨胀缝193.6.4下挡墙和上档板193.6.5钢架结构203.6.6测压孔204窑体材料确定204.1窑体材料确定原则204.2整个窑炉的材料表205燃料及燃烧计算215.1理论空气量计算：225.2烟气量计算225.3燃烧温度计算226物料平衡计算237热平衡计算247.1热平衡示意图247.2热收入项目257.2.1坯体带入显热257.2.2燃料带入化学热及显热257.2.3助燃空气带入显热257.2.4预热带漏入空气带入显热257.3热支出项目267.3.1热制品带出显热267.3.2窑体散失热 267.3.3物化反应耗热307.3.4烟气带走显热317.3.5其他热损失317.4列热平衡方程并求解317.5列热平衡表32（3）冷却带热平衡计算337.6热平衡示意图337.7热收入337.7.1制品带入的显热 337.7.2冷却风带入显热 347.8热支出347.8.1制品带出显热347.8.2热风抽出时带走的显热 347.8.3窑体散失热量 357.8.4由窑体不严密处漏出空气带走显热 377.9列热平衡方程377.10列热平衡表38第八章管道尺寸以及阻力计算和风机选型398.1抽烟风机的管道尺寸、阻力计算398.1.1管道尺寸398.1.2阻力计算408.1.3风机的选型418.2其他系统管路尺寸确定、风机的选型428.2.1液化石油气输送管径的计算428.2.2助燃风管计算438.2.3冷却带风管计算448.2.4风机选型46第九章工程材料概算479.1窑体材料概算47 9.2 钢材的概算.49前 言随着经济不断发展，人民生活水平的不断提高，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，一定结构特点的窑炉烧出一定品质的陶瓷。因此正确选择烧成窑炉是获得性能良好制品的关键。陶瓷窑炉可分为两种:一种是间歇式窑炉,比如梭式窑;另一种是连续式窑炉,比如辊道窑。辊道窑由于窑内温度场均匀，从而保证了产品质量，也为快烧提供了条件；而辊道窑中空、裸烧的方式使窑内传热速率与传热效率大，又保证了快烧的实现；而快烧又保证了产量，降低了能耗。产品单位能耗一般在20003500 KJ/Kg ，而传统隧道窑则高达55009000 KJ/Kg 。所以，辊道窑是当前陶瓷工业中优质、高产、低消耗的先进窑型，在我国已得到越来越广泛的应用。烧成在陶瓷生产中是非常重要的一道工序。烧成过程严重影响着产品的质量，与此同时，烧成也由窑炉决定。在烧成过程中，温度控制是最重要的关键。没有合理的烧成控制，产品质量和产量都会很低。要想得到稳定的产品质量和提高产量，首先要有符合产品的烧成制度。然后必须维持一定的窑内压力。最后，必须要维持适当的气氛。这些要求都应该遵循。我设计的辊道窑是连续式窑。窑炉总长54米，内宽1.92米，烧成温度是1250摄氏度。燃料采用液化石油气。我设计的辊道窑，窑体趋向轻型化，燃料清洁化，烧成质量好，产量高，年产量达70万平方米。全窑采用新型耐火材料，改善了窑炉的保温性。1 原始资料收集设计前必须根据设计任务收集所需的原始资料。设计原始资料如下：1. 产量：年产700000地砖2. 产品规格:50050012 ()，密度：2.3kg/3. 年工作日：335天4. 燃料：液化石油气（热值100 ，主要成分丙烷，丁烷，气液共存压力0.881.47Mpa，出自热工手册）5. 坯入窑含水量：26. 原料组成：CaO灼减7019.50.40.20.10.84.0 4.27. 最高烧成温度：1250 8. 烧成合格率：90%9. 烧成制度：（1） 温度制度：烧成周期48分钟（2） 气氛制度：全窑氧化气氛（3） 压力制度：预热带负压操作-40-25Pa，烧成带微正压8Pa,冷却带正压2 窑体主要尺寸的确定2.1 进窑砖坯尺寸产品规格：50050012 mm产品宽度500mm，考虑烧成收缩为5%，四周预留抛光尺寸为7mm,则：坯体尺寸=产品尺寸（1-烧成收缩）=500（1-5%）+27 mm2.2 内宽的确定与排砖方法由于现在的辊棒等材料性能的提高，且辊道窑大多采用吊顶结构，所以此次设计成宽体辊道窑。再根据产量，所用的燃料（液化石油气）等因素，所以暂定窑内宽B =2000mm 。而坯体离窑墙内壁一般有100200 mm 间隙，取150 mm。根据了解，横向的坯体是紧贴在一起，并没有留间隙。所以内宽等于砖坯尺寸每排片数砖坯离窑内壁的间距。则可排砖数为： 片 故确定并排3片，则窑内宽 B=5403+1502=1920 最后定窑内宽为 1920 mm。2.3 内高的确定辊道窑的内高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。对于辊上高的设置，要考虑以下四个方面：损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去，烧嘴的设置也要有一定的高度，气体与坯体之间的换热强度，气流通畅与燃烧空间。而对于辊下高的设置而言，主要是损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去即保证处理事故的方便。从传热角度来讲，烧成带以辐射为主，所以气体厚度要大点，内高稍高些。而预热带以对流换热为主，所以内高比烧成带低，使得横截面减小，流速加快，提高对流换热强度。再结合其它三方面，内高的设置如下（单位mm）： 温度较抵处：预热升温段400900 即110节 冷却降温段70080 即2227节温度较高处：烧成升温段9001250 即1018节 急冷降温段1250700 即1921节位置第1-10，22-27节第11-18节第19-21节辊上高350450450辊下高350350350内总高700800800（单位mm）2.4 烧成制度的确定（1） 温度制度：考虑到入窑水分比较低，可以快速升温而不会使坯体炸裂。烧成周期:48 min各温度段的划分与升温速率名称温度/时间/min升温速率/min-1长度比例/%窑前段4025063512.5预热带250105016.847.635烧成带1050125082516.7冷却带12508017.26835.8累计48100（2） 气氛制度：全窑氧化气氛（3） 压力制度：预热带-15-10 Pa ，烧成带 8 Pa2.5 窑长及各带长的确定现在窑炉已经向宽体化、自动化、轻型化发展，已经有长300多米的宽体窑。其主要原因是现在的辊棒的质量的提高，还有各种材料的飞速发展。2.5.1 窑长的确定 同一列砖砖距取20 mm ，则 装窑密度 所以窑长m 取54m此次采用装配式，由若干节联结而成。由于制品的尺寸是50050012，且辊棒在高温的时候会有一些变形。考虑这些因素，设计棍棒中心间距为100。设计每节20根棍棒，即每节长2000，节与节联接的长度为8。则节数 （节） 取节数为 27 节 。因而窑长度为： mm 2.5.2 各带长的确定对于冷却带各段的设置：刚刚进入急冷阶段时，坯体仍处于熔融的朔性状态，不容易产生应力，可以急冷而不开裂，因为高温下的应力大部分被液相的弹性和流动性所补偿。该阶段要设置好急冷的控制温度。过低，产生风裂；过高，给缓冷造成压力，甚至也会产生风裂。而缓冷段主要是提供石英晶型转变的场所，故缓冷区要足够长，使降温过程平稳缓慢，安全度过石英晶型转换期。所以三段的时间分配分别为5.7，7.6，3.9分钟。据烧成曲线中温度的划分，各段长度：窑前段： mm 取 3 节 长度= mm预热带： mm 取 10节 长度= mm烧成带： mm 取 5节 长度= mm冷却带： mm 取 9节 长度= mm急冷段： （节） 取 3节 长度= mm缓冷段： （节） 取 4节 长度= mm快冷段： （节） 取 2节 长度= mm图2.5.2窑炉各带划分及编号温度段（）时间（min）升温速率（/min）节数编号窑前段4025063531，2，3预热带2507508.856.854，5，6，7，87501050837.559，10，11，12，13烧成带10501250540314，15，1612503217，18急冷段12507005.796.5319，20，21缓冷段7004007.639.5422，23，24，25快冷段400803.982.05226，272.5.3 辊道窑窑头、窑尾工作台长度窑头工作台是制品进窑烧成的必经之路，也是使制品整齐有序进窑的停留之处。窑头工作台不宜太长，只要能满足要求即可，根据经验取值为3.3米。窑尾工作台是烧成后的产品从窑内出来，再经人工检验产品的部位。由于出窑产品温度一般高达80，所以窑尾的工作台不宜太短，目的是使制品有足够的时间冷却，根据经验取值为5.4米。2.5.4 窑体总长度的确定窑体总长度542083300540062908 mm3 工作系统的确定辊道窑的工作系统包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统、温度控制系统、传动系统等，下面是各系统的初步安排。3.1 排烟系统排烟风机及其管路主要作用是将预热带、烧成带中产品排放的废气及燃烧产生的废气排出窑外。为提高热效率，此次设计采用窑头集中排烟方式排烟，在窑前段第1节以及预热带第4节设置抽烟口，其中第4节为主抽烟口。每节在窑顶、窑底分别设置两个排烟口进行排烟，在各出烟口分别用圆管引出，汇总到上下排烟分管，最后汇总到窑顶的排烟总管中。设置一排烟分机，同时留一个风机备用。在总烟道上设置总风闸，防止烟气温度过高损坏风机，另在烟道上还设计了一过滤网。3.2 燃烧系统为了利于烧成带温度的调节，同时由于所用燃料为高热值轻污染的液化石油气燃料，因此本设计采用北京神雾热能技术有限公司设计生产的L Y系列液化气烧嘴，周围材质采用重质高铝砖耐火材料。L Y系列液化气烧嘴结构原理图如下：3.2.1 烧嘴的设置本设计在600就开始设置高速调温烧嘴，即预热带第6节开始布置。由于本窑所用燃料为高热值气体燃料，考虑在低温段烧嘴不宜太多。因此在预热带中前段（610节）辊下设置2对烧嘴，在（1118节）每节的辊上、辊下共设置4对烧嘴，辊上下烧嘴及对侧烧嘴对称排列。并在每个烧嘴对侧窑墙分别设置一个火焰观察孔。如遇事故处理口则取消该处观察口。3.2.2 助燃系统助燃系统包括助燃风机和助燃管道。助燃管道要求用不锈钢制作，防止落脏，并且底部助燃分管分布在窑墙内以提高助燃风温度，助燃主管设有排风口，防止停电时煤气进入助燃风管道有危险。其中助燃分管的长度根据烧嘴布置位置来定。所以底下的助燃分管从第6节到第18节，上部的助燃分管从第11节到第18节。为了平衡两端助燃空气的压力，在两端助燃分管之间设置横管。3.2.3 液化石油气输送系统从储气罐送过来的液化石油气，由总管路送到车间，然后经过过滤器、压力表、自动调节蝶阀和气动安全阀，由自动调压器把总管液化石油气压力降到窑炉适用的压力并稳压后送到窑炉上方的液化石油气总管道。燃烧系统分为若干个主调节单元，每个单元又分别为辊上通道温度调节单元和辊下温度调节单元。各单元所用燃气分别从窑上液化气总管道中引出，经单元手动球阀和由电动执行器带动的蝶阀后送至本调节单元的各烧嘴。在每个控制单元设置一电磁阀，有断电保护功能，防止断电后煤气泄入窑内。3.3 冷却系统制品在冷却带有晶体成长、转化的过程，并且冷却出窑，是整个烧成过程最后的一个环节。从热交换的角度看，冷却带实质上是一个余热回收设备，它利用制品在冷却过程中所放出的热量来加热空气，余热风可供干燥或者作助燃风用，达到节能的目的。3.3.1 急冷通风系统急冷风机及其管路主要作用是直接打入冷风入窑冷却产品，从1000多度冷却到600700度（对产品而言），并形成一道急冷气幕，防止烧成带烟气倒流。刚刚进入急冷阶段时，坯体仍处于熔融的朔性状态，不容易产生应力，可以急冷而不开裂。该阶段要设置好急冷的控制温度。过低，产生风裂；过高，给缓冷造成压力，甚至也会产生风裂。急冷风分管要求用不锈钢制作，入窑喷管也要求用不锈钢制作并且是耐热钢制作，辊棒上下都设置有急冷喷管，以保证产品均匀冷却。每根喷管上均匀地开有圆形式出风口，对着制品上下均匀地喷冷风，达到急冷的效果。由于急冷段温度高，横穿入窑的冷风管须用耐热钢制成，管径为40100mm 。本设计就是采用这种结构，急冷段采用2.5节窑长进行急冷（1921节），每节辊上下分别设置6对90急冷风管（急冷前半节不设置急冷风管），共30根急冷风管，交错排列横穿窑内，管置于窑内部分开圆孔若干。3.3.2 缓冷通风系统该阶段主要是提供石英晶型转变的场所，故缓冷区要足够长，使降温过程平稳缓慢，安全度过石英晶型转换期。为了使降温过程平稳缓慢，一般采用热风冷却制品的办法。大多数辊道窑在该段设有多处抽热风口，使从急冷段与窑尾快冷段过来的热风流经制品，让制品慢慢均匀冷却下来。 本设计采用抽热风的方法，在22，23，24，25节，每节窑顶设置2处抽热风口，每处抽热风口开2个抽热风孔， 共8个抽热风口16抽热风孔，抽走来自急冷带和窑尾快冷带的热风，在缓冷总管处设置闸板，控制缓冷风量。另一方面，由缓冷风机从窑外抽空气通过缓冷风管，来缓和降温速率。3.3.3 快冷通风系统制品冷却到400以后可以进行快速冷却。但由于制品温度较低，使传热动力温差小，即使允许快冷也不易达到。而此段冷却也是很重要的，如达不到快冷目的出窑产品温度大于80时，制品即使在窑内没有开裂，也会因出窑温度过高而出窑炸裂，故要加强该段的冷却。 本设计采用冷风管进行快冷，在26，27节每节辊上下设置6对90的快冷风管。3.4 温度控制系统3.4.1 热电偶的设置热电偶的设置应当适合。在关键点一定要设置热电偶，还有像在高温区要注意上下温差，所以上下应当都要设置。本设计在：40750之间，即第18节，每节窑顶中部插入一根K型热电偶。7501050之间，即第913节，每节窑顶和窑底中部插入一根K型热电偶。10501250之间，即第1418节，每节窑顶和窑底中部插入一根S型热电偶。急冷段第1921节，每节窑顶中部插入一根S型热电偶。缓冷段第2225节，每节窑顶和窑底中部插入一根K型热电偶。快冷段第2627节，每节窑顶中部插入一根K型热电偶。3.4.2 温度仪表选型低温区：K型热电偶高温区：S型热电偶热电偶通过补偿导线与微机相连。3.5 传动系统传动系统包括辊棒及传动装置。辊道窑的传动系统由电机、减速设备和传动机构所组成。3.5.1 辊棒的选择辊棒的材质有两种：一是金属质，也就是我们所说的钢棒；一是陶瓷质，也就是我们所说的瓷棒，瓷棒又分为高温棒、中温棒和低温棒。根据使用温度选用不同的辊棒，钢棒一般用在窑头、窑尾。对辊棒一般有以下要求：好的抗热震性能、好的高温抗氧化性能、高的荷重软化温度、小的蠕变性(高温体积稳定性)和好的去污性。国产瓷棒中比较好的有金刚、海登皇格、三英等。本设计对于辊棒的选择如下：在低温段（40400）第13节与第2627节采用402320mm无缝钢管棍子；在中温段（400700）第48节与第2225节采用402320mm莫来石辊棒；而高温段（7001250）第921节采用402320mm莫来石刚玉质陶瓷辊棒。 3.5.2 传动装置目前窑炉的传动方式有链传动、摩擦传动、螺旋齿轮传动、圆锥齿轮传动和直齿轮传动。链传动结构简单，造价低，早期的辊道窑大多采用链传动，但链传动不够平稳，链条较长时易发生爬行现象。摩擦传动比较平稳，但可靠性稍差。齿轮传动具有明显的可靠性和平稳性，不过，由于齿与齿之间为点接触，容易磨损，对安装和润滑要求较高。用的较多的是螺旋齿轮传动。电机带动传动装置也有两种形式：一是长轴传动，其特点是一台电机带动一根与窑长差不多的长轴，通过二级减速将动力分配若干组，长轴上装有离合器。一是多电机传动，特点是将窑分成若干组，几个模数段为一组，每组由一台电机传动，采用变频调速，所有电机可同时运行，每台亦可单独运行，我们现在使用的就是多电机传动。本设计采用螺旋齿轮传动与多电机传动，并且使用差速传动（对裸烧产品还对调整变形有好处）。差速传动就是相邻辊棒速度有微小差异，通过配置不同尺数的齿轮比来实现，一般使用15：22和17：25。除了第13节采用一个电机，其余都是两节使用一个电机。其中电机为0.75KW，速比为1：59。3.5.3 辊距的确定 辊距即相邻两根辊子的中心距，确定辊距主要依据是制品长度、辊子直径以及制品在辊道上移动的平稳性。 考虑到制品长度较大，因此根据经验公式计算得： mm同时考虑到每节窑长2008mm，确定最后的辊距为100.4 mm，每节装20跟辊棒。辊子总数为根3.5.4 辊棒的联接形式 主动端采用弹簧夹紧式，而从动端使用的是托轮摩擦式连接，这种联接方式对更换辊子非常方便。托轮摩擦式连接是将辊棒自由的放在间距相等的托轮上，利用辊子的摩擦力带动辊子转动。3.5.5 传动过程电机减速器主动链轮滚子链从动链轮主动螺旋齿轮从动螺旋齿轮辊棒传动轴辊子。3.6 窑体附属结构3.6.1 事故处理孔 本设计将事故处理设在辊下，且事故处理孔下面与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的砖坯碎片。为加强窑体密封，应尽量少设置事故处理口，而为了便于处理事故，两侧墙事故处理一般采用交错布置形式，为了能清除窑内任何位置上的事故而不造成“死角”，两相邻事故处理孔间距不应大于事故处理孔对角线延长线与对侧内壁交点连线。经过计算，取事故处理孔尺寸为：辊下处理孔360115mm，辊上处理孔 230115 mm。根据同侧事故处理孔距离L2（b+c）=2b（1+B）/=2360（1+2008）/360=4018，其中各个符号如下图，经过计算，取L=4016mm。同时考虑到实际情况，结合一些先进窑炉的经验，具体布置如下：在低温段：40600之前，以及缓冷带，快冷带第2227节每3节设一辊上事故处理口，辊上事故处理口一共设置5个。全窑每2节之间设置一辊下事故处理口，从进窑的第2节开始布置。 为了避免热气体外溢，必须对事故处理口进行密封。在里面用耐火材料制作的塞砖，再用棉塞紧。3.6.2 观察孔与测温口每个烧嘴的对侧窑墙设置直径30mm的观察孔，上窑墙观察孔的里面要向下打个斜角，以便可以观察窑内砖的走势情况及其它燃烧情况，当遇到了事故处理口时就不设置观察口。测温口根据上面热电偶的设置而设置。3.6.3 膨胀缝窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免砌体开裂、挤坏，必须重视窑体膨胀的留设，窑墙、窑顶等砌体都要留设，一般每隔2m左右留设2040mm膨胀缝，内填陶瓷棉或石棉。本设计为了砌窑的方便，除了高温区外每隔一节留设30的膨胀缝，高温区则应多留一道膨胀缝。而宽度方向上也要留膨胀缝，这没有具体的规定，留多少道膨胀缝则根据砌筑的方便与厂家的要求来定。还有膨胀缝也应该错缝设置。3.6.4 下挡墙和上档板由于辊道窑属中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，难以调节窑内压力制度及温度制度。因此，通常在辊道窑工作通道的某些部位，辊下筑挡墙，辊上插挡板，缩小该外工作通道面积，以增加气流阻力，便于压力与温度制度的调节。一般来说，下挡墙与上档板的设置应该根据各个段的要求来定。如在烧成带与冷却带之间设置挡墙、挡板是为避免烧成带的烟气倒流，又避免了压力波动时急冷风窜流向烧成带而降低高温区温度。预热带设置挡墙、挡板可以增加烟气在高温区的滞留时间，提高烟气利用率，从而提高热利用率。还用为了更好的控制温度，还在中高温设置几个上档板与下挡墙。故本设计在烧成带两端即14节和18节设上下挡板挡墙结构，有利于该段温度的控制和调节，同时起到阻挡急冷空气进入的作用。同时在预热带第8节和第11节以及窑前第3节第6节同样也设置上下挡板挡墙的结构，起到阻挡气流，减小上下温差的作用。3.6.5 钢架结构钢架结构每一节都设有17根60604mm的方钢，吊顶选用605mm的等边角钢，下横梁焊有605mm的等边角钢，而烧嘴的固定用505的等边钢。窑体外壳采用24mm钢板冲压而成。3.6.6 测压孔本设计不设置测压口。4 窑体材料确定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。4.1 窑体材料确定原则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。窑体材料厚度的确定原则：u 为了砌筑方便的外形整齐，窑墙厚度变化不要太多。u 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。u 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。4.2 整个窑炉的材料表窑体材料的选择名称材质使用温度导热系数厚度低温段16节，2227节窑顶耐火层轻质粘土砖11500.35230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.1390窑墙耐火层轻质粘土砖11500.35230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑底耐火层轻质粘土砖11500.35130隔热层硅藻土砖1000以下0.1+0.000228t195中温段710节窑顶耐火层轻质粘土砖11500.80+0.00026t230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑墙耐火层轻质粘土砖11500.80+0.00026t230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑底耐火层轻质粘土砖11500.80+0.00026t130隔热层硅藻土砖1000以下0.1+0.000228t195高温段1121节窑顶耐火层轻质高粘砖14000.45230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑墙耐火层轻质高粘砖14000.45230隔热层硅酸铝耐火纤维束10000.13130窑底耐火层轻质高粘砖14000.45230隔热层硅藻土砖1000以下0.1+0.000228t1955 燃料及燃烧计算A、根据热工手册相关资料差得，液化石油气低发热量,在本设计中取平均热值100 ，主要成分丙烷，丁烷，气液共存压力0.881.47Mpa。B、液化石油气作为燃料有如下几个特点： （1）热值很高，是气体燃料中最高的。 （2）理论空气量高达2430Nm3/Nm3，因此，助燃空气与之混合完全比天燃气更为困难。可以用空气或烟气先冲稀液化石油气，然后使用。但用空气稀释时，不得在着火浓度范围内以防爆炸。通常规定液化石油气体积浓度必须高于着火浓度范围上限的1.5倍。 （3）火焰传播速度低，燃烧缓慢，但较天燃气快一些。 （4）纯净。一般含硫少，是烧制高档陶瓷产品的优质燃料。 （5）密度较大，约为同温度及压力下的空气的1.52.0倍，泄漏时往下沉，易与空气混合达到着火浓度范围内，遇火发生爆炸。 （6）一般液化石油气蒸气压较高。在37.8时约为0.91.5Mpa。这作为气体燃料是有利的。但在使用中必须要求气化站减压阀良好，以保证安全。5.1 理论空气量计算：根据热工手册计算液化石油气经验公式可得，理论空气量 取空气过剩系数1.15：实际空气量： 5.2 烟气量计算根据热工手册计算液化石油气烟气的经验公式可得，理论烟气量 （对液化石油气=4.5）实际烟气量： 5.3 燃烧温度计算理论燃烧温度： 已知，假设，则所以求得温度与假设温度相对误差所设合理，取高温系数0.8，实际温度 比要求温度1250高出274，基本合理。燃料温度完全能达到燃烧要求，符合快速烧成条件，无需再通过预热助燃风即可满足要求，因此本窑不用热风助燃。6 物料平衡计算原料组成：CaO灼减7019.50.40.20.10.84.0 4.2玻化砖密度为，产品尺寸为50050012mm,每小时烧成制品质量： 每小时烧成干坯的质量 每小时欲烧成湿坯的质量 （含水量为 2 % ） 每小时蒸发自由水的质量 每小时从精坯中产生的CO2 每小时从精坯中分解出来的结构水 7 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。预热带热平衡计算的目的在于求出燃料消耗热量，冷却带热平衡计算目的在于计算出冷空气鼓入量和热风抽出量。另外，通过热平衡计算可以看出窑炉的工作系统结构等各方面是否合理，哪项消耗最大，能否采取改进措施。7.1 热平衡示意图 59坯体带入显热：燃料带入化学热及显热：助燃空气带入显热：预热带漏入空气带入显热： （）热制品带出显热：窑体散失热 ：物化反应耗热：其他热损失：烟气带走显热：7.2 热收入项目7.2.1 坯体带入显热其中：湿制品质量，据物料平衡计算中可知=2844制品入窑第三节时的温度250入窑制品比热 7.2.2 燃料带入化学热及显热液化石油气低热值为 100000入窑液化石油气温度 ，20时液化石油气比热容 设液化石油气消耗量为 则 7.2.3 助燃空气带入显热助燃空气温度 20 时，取空气比热容 则 7.2.4 预热带漏入空气带入显热取预热带空气过剩系数 漏入空气温度 ，空气比热容 漏入空气总量为 则 7.3 热支出项目7.3.1 热制品带出显热烧成产品质量： （Kg/h）制品烧成温度 制品平均比热容，查手册 7.3.2 窑体散失热 将计算窑段分为三部分，即第1-6节，22-27节：低温段40-550，取平均值为295；第7-10节：中温段550-900，取平均值为725；第11-21节：高温段900-1250，取平均值1075。7.3.2.1 第16节，2227节：40550。窑外壁表面平均温度50，环境温度取20，窑内壁平均温度为295窑墙散热单位热流密度：窑墙散热面积 m2二侧窑墙共散热： 窑顶散热：单位热流密度： 窑顶散热面积： m2窑顶散热量： 窑底散热单位热流密度：窑底散热面积m2 窑底散热量： 所以低温段窑体总散热量：7.3.2.2 中温段710节：550900。窑外壁平均温度取60，环境温度20，窑内平均温度取725。窑墙散热单位热流密度：窑墙散热面积 m2二侧窑墙共散热： 窑顶散热：单位热流密度：窑顶散热面积 m2窑顶散热量： 窑底散热单位热流密度：窑底散热面积 m2窑底散热量： 中温段总散热量： 7.3.2.3 高温段1121节：9001250散热。窑外壁平均温度取80，环境温度20，窑内平均温度1075。窑墙散热 单位热流密度：窑墙散热面积 m2二侧窑墙共散热： 窑顶散热：单位热流密度：窑顶散热面积 m2窑墙散热： 窑底散热单位热流密度：窑底散热面积 m2窑底散热量： 高温带总散热量：预热带、烧成带窑体总散热量7.3.3 物化反应耗热自由水蒸发吸热自由水质量 烟气离窑温度 烧成坯体物化反应耗热用反应热近似代替坯体物化反应热入窑干制品质量 kg/h 含量=19.5% 所以 7.3.4 烟气带走显热离窑烟气总量离窑烟气过剩系数 ，取离窑烟气温度查手册，此时烟气的平均比热为 7.3.5 其他热损失根据经验占热收入的5% 7.4 列热平衡方程并求解 解得 每小时烧成制品质量为： 每公斤产品热耗： 目前玻化砖的产品热耗在 之间，所以设计该窑炉热耗合理！7.5 列热平衡表预热带烧成带热平衡表Figure 1 the tack and lead thermal balance form to cook to preheat热收入热支出项目%项目%坯体带入显热630558.7510.16产品带出显热3888187.562.49燃料化学热及显热550330088.61窑体散失热5147748.27助燃空气显热439870.71物化反应热132721021.33漏入空气显热325180.52烟气带走显热1818302.92其他热损失3105184.99总计6210364100.0总计6222519100.0热平衡分析:由表可以看出热支出项中，产品带走显热，物化反应耗热两项不可能减少。而其他三项则可采用适当措施节省能耗。对于烟气出窑温度适当控制在较低温度下。在资金允许的情况下，要减少窑体散热则可采用新型耐火材料，隔热材料，以达到节能减排的目的。（3） 冷却带热平衡计算7.6 热平衡示意图图7-6冷却带热平衡示意图Fig7-6 the sketch map of thermal balance of the colling belt制品带入的显热 冷却风带入显热 制品带出显热热风抽出带走显热 窑体散热 其他热损失 7.7 热收入7.7.1 制品带入的显热 制品出窑温度t=1250查表可知该温度下制品的平均比热为C=1.29KJ/(kg)每小时烧成制品质量 kg/h所以 7.7.2 冷却风带入显热 设定鼓入冷风量为 。鼓入冷风的温度：=20 查表得 ：20 时空气的比热为=1.30 。 7.8 热支出7.8.1 制品带出显热出窑时制品的质量： kg/h计算时以窑尾快冷结束为出窑口，此时的温度为 此时陶瓷制品的比热为 7.8.2 热风抽出时带走的显热 由热风抽出量应等于冷风鼓入量，遵循平衡原则。故抽出热风量应为 取热风抽出的温度为：，查表此时的比热为：则7.8.3 窑体散失热量 1. 急冷带（1921节）1250700段散热 窑墙散热内壁平均温度 设窑墙外壁平均温度，单位热流密度：窑墙散热面积 m2二侧窑墙共散热： 窑顶散热：单位热流密度： 窑顶散热面积： m2窑顶散热量： 窑底散热单位热流密度：窑底散热面积 m2窑底散热量： 急冷带散热总量： 2. 缓冷带、快冷带（2227节）：70080 ，要内壁平均温度390。窑外壁平均温度取50，窑墙散热单位热流密度：窑墙散热面积 m2二侧窑墙共散热： 窑顶散热：单位热流密度：窑顶散热面积 m2窑顶散热量： 窑底散热单位热流密度：窑底散热面积 m2 此段总散热量： 冷却带窑体总散热 7.8.4 由窑体不严密处漏出空气带走显热 冷却带从窑体不严密处漏出空气量通常为窑尾鼓入风量的5% 。即0.05 。设定漏出空气的平均温度 此时空气的比热容为 7.9 列热平衡方程解得 即每小时鼓入冷风量为9955 7.10 列热平衡表冷却带热平衡表Figure 7-4 Cool and tack the thermal balance form热收入热支出序号项目热量（KJ/h）比例%序号项目热量（KJ/h）比例%1制品带入热430537594.31制品带出热1913864.22空气带入热2588305.72窑体散热1658203.63抽热风带走热394218086.44其他热损失2648035.8总计4564205100总计4564819100 由表可看出，热风抽出带走的热量占很大的比例，因此应充分利用此热量，一般用来干燥坯体和作助燃风以及雾化风作用。本窑设计抽热风用于坯体的干燥以及送去造粒塔进行吹热风造粒。同时本人正在积极研究一项新的课题项目，利用窑炉热风进行热发电，如果能研究成功此发明将有很广阔的应用前景，同时为我国节约大量能源，对我国正在大力建设节约型社会起到巨大的推动作用。第八章 管道尺寸以及阻力计算和风机选型88.1 抽烟风机的管道尺寸、阻力计算8.1.1 管道尺寸 排烟系统需排烟气量： 烟气抽出时实际体积为：烟气在金属管中流速，根据经验数据取10m/sV= Vg（273+400）/273=1.24 （m3/ s）8.1.1.1 总烟管尺寸 烟气在金属管中流速，根据经验数据取=10m/s，内径d总=（4V/）0.5 = 41.24/（3.141510） 0.5 =0.40m所以，总管内径取值：400mm,长度取5m.8.1.1.2 分烟管尺寸 分管流量=V/2=1.24/2=0.62（m3/ s）内径d分=（4v/）0.5 = 40.62/（3.141510） 0.5 =0.281m考虑到调节的方便性分管内径取值为：280mm，长度取4m.8.1.1.3 支烟管尺寸 烟气在支管的流速为：=10m/s，流量=1.24/4=0.31（m3/ s）内径d支=（4v/）0.5 = 40.31/（3.1410） 0.5 =0.199m所以，支管内径应该不小于119mm，考虑到调节的方便取值为：200mm，长度取0.5m.8.1.2 阻力计算8.1.2.1 料垛阻力hi根据经验每米窑长料垛阻力为0.5Pa，因为该窑第4节为主抽烟口，零压面位于窑的1314节交界处，所以：hi=（9+0.5）2.080.5=9.5 Pa8.1.2.2 位压阻力hg烟气从窑炉至风机，高度升高H=1.8m，此时几何压头为烟气流动的动力，即负压阻力，烟气温度400，所以：hg=-H（a-g）g=-1.81.29273/（273+400）-1.30273/（273+400） 9.8=-11.9 Pa8.1.2.3 局部阻力he局部阻力可由查表得：烟气从窑炉进入支管：=1；支烟管进入分烟管：=1.5；并90转弯：=1.5；分管90急转弯：=1.5；分管进入90圆弧转弯：=0.35；分管进入总管：=1.5；并90急转弯：=1.5为简化计算，烟气流速均按10m/s计，烟气温度按400计，虽在流动过程中烟气会有温降，但此时流速会略小，且取定的截面积均比理论计算的偏大，故按此值算出饿局部阻力只会偏大，能满足实际操作需求。he=（1+1.5+1.5+1.5+0.35+1.5+1.5）100/21.3273/（273+400） =233.3Pa8.1.2.4 摩擦阻力摩擦阻力系数：金属管道取=0.03，hf=（L支/D支+ L分/D分+ L总/D总）2/2=0.03(0.5/0.2+4/0.28+5.0/0.4)100/2273/（273+400）=10 Pa8.1.2.5 风机应克服总阻力= hi + hg + he+ hf=240.9 Pa8.1.3 风机的选型为保证正常工作，取风机抽力余量0.5，所以选型应具备风压：H=（1+0.5）240.9=361.35 Pa流量取储备系数为1.5，风机排出烟气平均温度250，所以：Q=1.5（273+250）/273=5218（m3/ s）8.2 其他系统管路尺寸确定、风机的选型8.2.1 液化石油气输送管径的计算8.2.1.1 液化石油气总管内径的计算液化石油气的流量为：55m3/ h，取液化石油气在总管中的流速为：8m/s，总管选用一根管子，那么总管的内径为：d总=2（v/3600）0.5 =255/（36003.148） 0.5 =0.005m所以，总管内径取值：50mm8.2.1.2 窑顶 窑底 窑侧的分管尺寸液化石油气分管分组控制，共分5组10根，烟气在金属分管中流速，根据经验数据取=8m/s，内径d分=2（v/3600）0.5 =255/（36003.14810） 0.5 =0.0156m所以，分管内