日产量6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计

毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 书书题目：日产量题目：日产量 6100M发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计院 系： 材料科学与工程学院 专 业： 07 热能与动力工程 姓 名： 罗 坤 鹏 学 号： 200710610127 指导老师： 汪 和 平 完成时间： 2011-04-28 景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计目目 录录前前 言言.摘摘 要要.1设计任务书及原设计任务书及原始始资料资料.2烧成制度及窑体主要尺寸的烧成制度及窑体主要尺寸的确确定定.2.1 烧成制度的确定【1】.2.1.1 确定烧成制度的根据【1】.2.1.2 制定烧成制度【1】.102.1.3 烧成曲线确定.122.1.4 气氛制度.122.1.5 压力制度.122.2 窑内宽的确定【2】.122.3 窑长的确定【2】.122.3.1 窑容量.122.3.2 窑体各带长度的确定.132.4 窑内高的确定【2】.132.4.1 辊上高的确定.132.4.2 辊下高的确定.132.4.3 窑内高.143工工作作系系统统.153.1 排烟系统【2】.153.2 预热带喷风系统【2】.153.3 燃烧系统.153.4 冷却系统【2】.163.5 传动系统【2】.173.5.1 辊子材质的选择.173.5.2 辊子直径与长度的确定.173.5.3 传动系统的选择.183.6 窑体附属结构【2】.183.6.1 事故处理孔：.183.6.2 测温、测压孔.193.6.3 挡墙与挡板【3】.193.6.4 膨胀逢【3】.203.6.5 测压孔.203.6.6 观火孔.204燃料及燃烧燃料及燃烧计计算算.214.1 燃料所需空气量.214.1.1 理论空气量 Va.214.1.2 实际空气量 Va .21景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计4.2 燃料产生烟气量.214.2.1 理论烟气量.214.2.2 实际烟气量.214.3 燃烧温度.214.3.1 理论燃烧温度 tm【4】.214.3.2 实际燃烧温度 tp.225窑体材料及厚窑体材料及厚度度的确定的确定.235.1 窑体材料确定原则.235.2 窑体材料厚度的确定原则.235.3 窑墙、窑顶、窑底各层厚度计算.235.3.1 计算依据.235.3.2 窑体材料的选用与厚度校核.246物料平物料平衡衡计算计算.256.1 每小时烧成制品质量.256.2 每小时烧成干坯的质量.256.3 每小时欲烧成湿坯的质量.256.4 每小时蒸发自由水的质量.256.5 每小时从精坯中产生的 CO2质量.256.6 每小时从精坯中分解出来的结构水质量.257热平衡计算热平衡计算.267.1 预热带、烧成带热平衡计算.267.1.1 计算基准.267.1.2 热平衡框图以及相关说明.267.1.3 热收入项目.267.1.4 热支出项目.287.1.5 热平衡方程.337.2 冷却带热平衡计算.347.2.1 计算基准.347.2.2 热平衡框图以及相关说明.347.2.3 热收入项目.347.2.4 热支出项目.358管道尺寸、阻力计管道尺寸、阻力计算算及烧嘴、风机选用及烧嘴、风机选用.388.1 排烟管道尺寸.388.2 排烟阻力计算【7】.388.3 排烟风机的选型.398.4 其它系统管道尺寸确定、风机的选型.408.4.1 发生炉煤气总管内径的计算.408.4.2 助燃风管的计算.408.4.3 冷却带风管计算.418.4.4 缓冷抽热总管的确定.418.4.5 急冷风管内径的确定.41景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计8.4.6 快冷风管内径的确定.429烧嘴的设计烧嘴的设计及及选用选用.449.1 烧嘴的选用原则.449.2 每个烧嘴所需的燃烧能力.4410工程材料概算工程材料概算.4510.1 窑体材料分段概算【9】.4510.1.1 第 1-6 节.4510.1.2 第 7-15 节.4510.1.3 第 16-24 节.4510.1.4 第 25-38 节.4510.1.5 第 39-45 节.4610.1.6 第 46-52 节.4610.2 钢材的概算【9】.4610.2.1 方钢的概算.4610.2.2 角钢.4710.2.3 钢板.47后后 记记.48参参 考考 文文 献献.49附：文献附：文献调调研研报报告告.50景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计前前 言言辊道窑是近几十年发展起来的新型快烧连续式工业窑炉，并在现在得到了空前的发展与应用.辊道窑属于中空窑，窑内阻力小，压降也就少，因而窑内正负压都不大；加上辊道窑无曲封、车封、沙封等空隙，也就使得窑体密封性能好，减少了漏风，从而大大提高了热利用率；另外由于它建造快，占地少烧成周期短，窑温均匀，产品质量好，燃耗低；加之辊道窑的机械化、自动化程度日益提高，不仅降低了工人的劳动强度，还保证了产品质量的稳定，并能够连续生产，大大提高了生产效率，因而目前已广泛用于日用陶瓷的彩烧、素烧、釉烧及一次烧成；各类建筑卫生陶瓷（如建筑砖、瓦、墙地砖、卫生洁具等）的烧成；磨具的烧成等建筑陶瓷工业中。而富氧燃烧技术是以氧含量高于 2l的富氧空气或纯氧代替空气作为助燃气体的一种高效强化燃烧技术。其特点在于不论是助燃空气还是燃烧废气体积都有所减少.燃烧反应速度加快，火焰温度提高，这有效提高了窑炉的热效率。烟气产生量及 NOx 生成量降低，进而使烟气净化系统运转更加可靠，粉尘污染大大降低。富氧燃烧节能的基本原理是，富氧燃烧降低了烟气生产量，燃烧产物中的 NOx 含量降低，水蒸汽和二氧化碳的含量和分压增大，火焰黑度增加，燃烧速度加快，火焰温度提高，提高了火焰向配合料的辐射传热和对流传热.富氧燃烧在提高火焰传热效率同时，也对其燃烧设备(小炉)提出了与普通燃烧设备不同的要求。这次进行窑炉设计的目的就是为了在设计过程中进一步掌握和熟悉辊道窑的结构特点，并采用富氧燃烧这一技术来提高窑炉的热效率。本次窑炉设计的内容包括：窑体主要尺寸计算、烧成制度计算、工作系统计算、燃料燃消计算、窑体材料及厚度确定、热平衡计算、通风阻力计算及烧嘴的设计应用等.这次实践性行为更加巩固了我的理论知识，同时我们在一定程度上也学会了如何运用理论知识去解决实际当中的工程技术问题的能力，另外也培养了 我们设计与绘图的基础技能，初步掌握了 窑炉设计的程序、过程与内容.本人能顺利完成此窑炉的设计任务，得到指导老师的大量指导和帮助，在此向他们表示衷心的感谢！由于本人的水平有限，加之时间伧促，设计中难免出现不足之处，敬请老师和同学们批评指正。 作 者 2011.04景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计摘摘 要要本设计的辊道窑全长 109.2m，采用装配式结构，每节箱体长 2.1m，采用优质结构钢管在专用模具上焊接，保证结构刚性和尺寸误差。排烟结构采用窑头集中排烟，大量的烟气由烧成带流向预热带，烟气温度由烧成带至预热带逐渐降低，而待烧砖坯则与烟气逆向而行达到逐渐升温之目的，窑头集中排烟有效的利用了烟气余热，降低了能耗，并配有预热带喷风系统予以调温.烧嘴采用高速调温烧嘴，并在预热带第 12 节开始安装。燃烧原料为发生炉煤气，并采用 30%的富氧空气作为助燃气.急冷段使用直径为 100mm 的急冷管将制品冷却至 700C 左右.缓冷段采用抽热风方式进行缓冷，管径为 200mm.快冷段前 4 节使用直径为 150mm 的快冷管进行冷却，后 3 节使用轴流风机使制品最终冷却到 80C 左右.传动系统采用螺旋齿轮传动，每 23 个窑段为一传动组。.无需特殊的基础，方便运输和安装。根据不同温度的要求，选用温度级别不同的高质量的耐火保温材料，保证工作温度的要求.关键词：关键词：辊道窑，温度，节能景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计AbstractThis design of roller kiln full-length 109.2 m， using assembled structure， each section 2.1 m long， the body in special die steel quality structure welding， ensure structural rigidity and size error。 Exhaust structure using kiln head concentrated exhaust， a large number of flue gas gets by calcining zone flow by tropical， flue gas temperature calcining zone to advance gradually reduced， and tropical to burn brick-drying do with flue gas is to reverse the purpose of gradually warming， kiln head concentrated smoke the effective utilization of the smoke waste heat， and has reduced energy consumption， and is equipped with pre tropical gush wind system be tempering. Burner by using high-speed tempering burner， and in the tropical first 2:12 and start the installation. For occurrence boiler combustion raw material， and USES the 30% of the gas oxygen-enriched air as help gas。Urgent cold period of use 100mm quench diameter of products C cooling to 700 to the left。Slow cooling section use smoke way slow cold air， diameter for 200mm. The fast cooling section first quarter for the use of diameter 150mm fast cooling tube for cooling， three quarter after use of axial flow fans make products to 80 C final cooling to the left. The transmission system USES a helical gear transmission， every 2 3 kiln section is a transmission group. Without special foundation， convenient transportation and installation。 According to different temperature requirements， choose temperature level different high quality refractory insulation materials， ensure working temperature requirements。 Key words：Roller kiln， temperature， energy saving 景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计61设计任务书及原始资料设计任务书及原始资料1.1 设计任务设计任务 专业07 热工班级1 班 27学生姓名罗坤鹏指导教师汪和平题目日产 6100m2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计主要研究内容和设计技术参数：1、日产量：6100 m2；2、产品规格：3003008mm；3、烧成周期：50 min；4、最高烧成温度：1180；5、烧成气氛：全氧化；6、燃料：发生炉煤气；7、其它条件自定。.基本要求（含成果要求）：1、通过设计计算确定窑体材料及厚度、主要结构尺寸、管路系统尺寸等；2、确定工作系统安排，编写设计说明书，并打印输出；3、绘出设计图纸一套，应包括：主体结构图、砌筑图、管路系统图、钢架结构 图、传动系统图、异型砖图及其它必需的附件图。.4、设计说明书中应有英文摘要，图纸中至少应有一张 CAD 绘图；5、相关文献综述翻译。工作进度计划： 第十七十八周：查阅、收集与设计有关的文献资料；第十九第四周：进行设计计算，编写说明书初稿；第五七周：绘制窑体结构图，砌筑图、钢架结构图等；第八十一周：绘制管路系统图、异型砖图及附件图；第十二周十四周：图纸上墨，说明书整理；第十五周第十六周：准备答辩。景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计71.2 原始资料原始资料 1. 坯料组成：（%）表表 1.1（坯料组成）（坯料组成）SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2O+Na2OI.L67.5216.342.262.740.814.515.82 1.产品规格：3003008 mm 2.入窑水分：1% 3.产品合格率：97% 4.烧成周期：50 分钟（全氧化气氛） 5.最高烧成温度：11800C1.3 燃料燃料富氧空气含氧量：选用高分子材料，经特殊工艺加工成复合膜和膜原件，可以将空气中的氧从 21%富集到 30%，且具有超高气体透量(与玻璃态高分子膜相比)。所以此次设计采用的富氧空气含氧量为 30%。发生炉煤气： Qnet=6000KJ/Nm31.4 年工作日年工作日330 天景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计82烧成制度及窑体主要尺寸的确定烧成制度及窑体主要尺寸的确定2.1 烧成制度的确定烧成制度的确定【1】窑炉的烧成制度取决于坯釉料的组成和性质、坯体的造型、大小和厚度以及窑炉结构、装窑的方法、燃料种类等等因素.而烧成制度主要包括温度曲线、压力曲线和气氛控制.根据不同产品的要求，确定温度曲线、气氛性质，压力曲线是实现温度和气氛性质的主要控制条件，三者相互关联，相辅相承。只要窑内温度均匀，各阶段都可以加快。但氧化、还原和烧结却要按照反应所需要时间来控制。在制定合理的烧成制度时，还要考虑窑的结构究竟升温和降温速度多少才能使窑内温度均匀，以保证整个横截面上的制品烧热，要综合上述原则进行制定。2.1.1 确定烧成制度的根据确定烧成制度的根据【1】坯体在加热过程中性状变化的考察主要参考三元系统平衡相图，如长石质瓷坯料的组成以长石-石英-粘土三组分为主，可参考 K2O-AL2O3-SiO2三元系统平衡相图.而滑石质瓷坯料组成以滑石-粘土-长石三组分为主，则参考 MgO-AL2O3- SiO2三元系统平衡相图。坯体的形状、厚度与含水量对烧成制度的影响薄壁小件制品的入窑水分易于控制，一般采取短周期快速烧成。厚壁大件制品的升温速度不宜过快。但对于辊道窑来说，由于截面宽而小，温差很小，所以可以快速升温来缩短烧成周期。升温速度升温速率除了取决于坯料性能外，还受窑炉温度均匀程度、燃料性质以及装窑密度等因素的影响。烧成法坯体烧成法直接影响到烧成制度的制定。玻化砖一般都采用一次烧成以不进行干燥就进入窑炉烧成。景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计92.1.2 制定烧成制度制定烧成制度【1】 温度曲线的四大特性指标是烧成各阶段的升温速度、最高烧成温度、保温时间以及冷却速度。加热蒸发期（室温200）在预热带室温200阶段排除残余水分.在此阶段如果制品入窑水分过高，则不宜升温过快，以免引起制品不均匀收缩，产生变形和开裂.若制品入窑水分控制在临界水分（约 1%）以下，则可快速升温而不使制品开裂.但也不宜太快，以免引起烧成缺陷。氧化分解及晶型转化期（200950或 1050）在该期内坯体无收缩现象发生，气孔率不断增加，强度略有增加，因此汽水与氧化产物可以自由地散逸。升温速度主要取决于原料的纯度和坯体的厚度，并受气流速度和气氛的影响。一般，本阶段可以采取快速升温。排除结构水阶段（200500）结构水指粘土矿物中的结晶水和层间水。其中高岭土 AL2O32SiO22H2O 中结晶水的分解属于一级化学反应，温度每升高 100，其分解速度就可以加快一倍，分解速度很快，制品不至开裂，所以这一阶段属于安全升温阶段。石英晶型转化阶段（500600）石英晶型转化，由 SiO2体积膨胀 0.82%，如果控制不当，这是一个危险阶段.但这个反应本来是很快的，只要几分钟就可以完成.目前生产中出现石英晶型转化而使制品开裂的现象，原因是窑内温度不均匀而引起.掌握这一阶段的关键是窑内温度均匀，使整个制品能均匀膨胀，即使快也是安全的。氧化阶段（6001050）从窑炉结构来说，自 900左右的氧化炉起就已进入烧成带。在这一阶段要把制品中的硫化亚铁氧化成氧化铁，并放出二氧化硫；碳酸盐分解放出二氧化碳；有机物中的碳氧化，生成二氧化碳.这些反应都要在釉面玻化以前完成，以便生成的气体排除干净，否则会产生缺陷.这一阶段是很重要的，要保证一定的时间、一定的温度和足够的氧化气氛，才能避免缺陷产生。玻化成瓷期（950 或 10501180）在该期内坯体瓷化，釉层玻化，收缩比较大.保证坯体受热均匀，使之高温反应趋于均一是本阶段的关键。因此，升温速率取决于窑炉结构、装窑密度、景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计10坯体的收缩变化及烧结范围。保温阶段（1180）因为是快速烧成，烟气的温度与制品温度的温差较大，所以保温时间不易太长。实际上，由于上一过程中的升温速度比较缓慢，所以无须高火保温，因反应在高火中进行得比较完善，可省去。急冷阶段（1180700）冷却速度主要取决于坯体的厚度以及坯内液相的凝固速度.冷却初期瓷胎中的玻璃相还处于塑性状态，急冷所引起的热应力大部分被液相的塑性和流动性所补偿，不会产生被破坏作用.但也要均匀急冷，否则还是会开裂的。缓冷阶段（700400）缓冷阶段的温度取决于瓷胎中玻璃相的转化温度，液相中的 AL2O3和 SiO2含量越高，转化温度也越高，一般在 800830。低于转化温度，液相开始凝固，残余石英发生晶型转化，必须放慢冷却速度，力求制品截面温度的均匀分布，尽可能消除或减少热应力。快冷阶段（40080）此阶段热应力变小，可加快冷却速度。从上述各阶段的分析可以看出，只要窑内温度均匀，各阶段都可以加快.但烧结还要按照反应所需时间来控制.在制定合理的烧成制度时，还要考虑窑的结构，究竟升温和降温速度多少才能使窑内温度均匀，以保证整个截面上的制品烧熟，要综合上述原则进行制定。表表2.1各段温度的划分与升温速率各段温度的划分与升温速率名 称温度/C时间/min升温速率/Cmin长度比例/%节数20-20053611.5（1-6）6节200-5004759.6（7-11）5节500-600333.37.7（12-15）4节预热带600-1050104517.2（16-24）9节烧成带1050-1180621.713.4（25-31）7节保温带1180-1180204.6（32-33）2节1180-7005-969.6（34-38）5节700-40010-3013.4（39-45）7节冷却带400-805-6413.4（46-52）7节累 计5052景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计112.1.3 烧成曲线确定烧成曲线确定图图2.1烧成曲线烧成曲线2.1.4 气氛制度气氛制度保持全窑氧化气氛。2.1.5 压力制度压力制度预热带40-25Pa，烧成带8 Pa.2.2 窑内宽的确定窑内宽的确定【2】气烧明焰辊道窑内宽一般在2000-2500mm，产品宽度为300mm，考虑到收缩率为10%。则：坯体尺寸=产品尺寸/(1-10%)=300/(1-10%)=333 mm。坯体离窑墙一般应有100200mm间隙，取150mm，暂定窑内宽2500mm，则可排砖数为（2500-1502）/333=6.6，确定并排6块砖。则：窑炉内宽为B=3336+1502=2298 mm 。为计算窑炉内宽的方便，所以取 B 为 2300mm。2.3 窑长的确定窑长的确定【2】2.3.1 窑容量窑容量窑容量= 年产量(m2/a)烧成周期(h)/年工作日24合格率(%) = 6100330（50/60）/（3302497%）=218（/每窑)装窑密度 = 每米排数每排片数每片砖面积（m/每米窑长）景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计12 =(1000/333)6(0.333)2 =1.998(/每米窑长)窑长 = 窑容量(m2/每窑)/装窑密度(m2/每米窑长)= 218/1.998 = 109 m利用装配式，由若干节联接而成，设计每节长度为2092mm，节间联接长度8mm， 总长度为2100mm， 节数=109000/2100=51.9，取整数52节。则：窑体设计长度 L=2.152=109.2m。窑前工作台长度取 2.3m，窑尾工作台取 3.6m.（根据经验取得，窑尾工作台长度长一点是因为产品出窑温度为 80，要工作人员方便捡取产品，故使制品出窑后的冷却时间能够稍微长一点。 ）那么窑炉的实际长度为：L=109200+2300+3600=115100，取115.1米。2.3.2 窑体各带长度的确定窑体各带长度的确定预热带: 10920046%=50232mm，取24节（第1-24节） ，长度=242100=50400mm烧成带: 10920018%=19656mm，取9节（第25-33节） ，长度=92100=18900mm冷却带：10920036%=39312mm，取19节（第34-52节） ，长度=192100=39900mm2.4 窑内高的确定窑内高的确定【2】窑内高由辊上高和辊下高组成.内高时制品在窑内传热和烧成的空间，内高的确定应该合理，即能有利于产品换热满足烟气的流动，又必须满足一定的烧成空间和冷却空间。为便于热量的传递，又因600C以前烟气是对流换热起主导作用，所以600C以前内通道尺寸要尽可能小，从而提高烟气流速，增强传热。2.4.1 辊上高的确定辊上高的确定对于焙烧瓷砖的辊道窑来说，确定辊上高度时应考虑到焙烧产品的安全运行和传热的均匀性，同时要有一定的燃烧空间，增加气体辐射层的厚度，强化火焰的辐射换热，则确定辊上高如下： 600C 500mm 2.4.2 辊下高的确定辊下高的确定辊下高应考虑到窑炉连续运行的安全性以及事故处理的方便.从理论上来讲，景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计13对于焙烧建筑瓷砖的辊道窑，辊下高最好应大于砖对角长，但对于稍大件的制品，按此设计则会造成内高太大，增大窑墙散热也不利于传热.由于制品从辊上掉下，一般都会发生破损，尺寸都比整砖小，故辊下高只要稍大于制品的长边就足够，则辊下高如下： 600C 300mm 2.4.3 窑内高窑内高（辊上高 + 辊下高） 600C 800mm 表表2.2辊上下高及窑内高辊上下高及窑内高 mm辊上辊下内高1-15节39-52节30030060016-38节500300800景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计143工作系统工作系统辊道窑的工作系统包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统等，下面是各系统的初步安排。3.1 排烟系统排烟系统【2】 明焰辊道窑的燃烧火焰直接进入窑道内的辊道上下空间，对制品直接进行加热。为提高热气体的利用率，本设计采用集中排烟方式。本设计在窑的第1节顶部、底部各设置2个排烟口，距窑头6m、8m窑顶及窑底各设置2个排烟口（共18个排烟口）。总烟气管道设在窑顶，与排烟机连接。在2、3节窑顶设置放排烟机风机的平台排烟机，共有四台，两台同时工作排烟，另两台为备用。窑顶部排烟口通过支烟管道直接与总排烟管道相连，而低部排烟口支烟管道接上窑顶的总排烟管道.烟气自上、下排烟口进入排烟支管，到总管汇合.窑顶每个排烟支管上都安有调节闸板，用以调节各支管排烟量；窑底仅在窑底支管下设有一调节闸板。还考虑到离窑烟气温度较高，因而，在排烟支管与总管汇合处安装一调风闸板，打开它可以从其端口放入车间冷空气与热烟气掺和，从而降低进入排烟风机的烟气温度。排烟风机可选用：Y6-43NO10.5D锅炉引风机。3.2 预热带喷风系统预热带喷风系统【2】明焰辊道窑多采用完全的集中排烟方式，无疑大大提高了热利用率。但是，由于缺乏对预热带温度的调整手段，有时就难以保证制品按需要的烧成曲线升温.为克服这一缺陷，本设计在预热带棍上设置喷风口，从 10-15 节每节布置三对喷风口，共 36 个，其风可来自冷却带抽出的热风.并在第 16、17 节的上方布置两台鼓风机（一台备用） 。3.3 燃烧系统燃烧系统根据气烧辊道窑的特点，在窑体预热带（第12-24节）每节辊下各排布1对烧嘴，互相错开排列；在窑体烧成带（第 25-31节）辊上、下烧嘴相互错开排列，每节2对；烧成保温段（32-33节）辊上、下烧嘴相对排列，每节4对，全窑景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计15共70支烧嘴。并在辊道上方每个燃烧器对侧窑墙分别设置一个火焰观察孔。表表3.1全窑烧嘴布置全窑烧嘴布置位置预热带（1224）节烧成带（2531）节烧成带（3233）节烧嘴布置每节1对烧嘴每节2对烧嘴每节4对烧嘴烧嘴总数26个28个16总共70从煤气站送过来的煤气，由总管路送到车间，然后经过滤器、压力表、自动调节蝶阀和气动安全阀，由自动调压器把总管煤气压力降到窑炉适用的压力并稳压后送到窑炉上方的煤气总道.本系统中煤气主管处压力为2.010 2.510 ，经稳压后压力稳定在 1.210 。444燃烧系统分为若干个主调节单元，每个单元又分为辊上信道温度调节和辊下信道温度调节，各单元所用燃气分别从窑上煤气总管道引出，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。3.4 冷却系统冷却系统【2】本设计中，冷却系统具体分为：急冷段、缓冷段和快冷段.制品在冷却带冷却出窑是整个过程最后一个环节，从热交换的角度来看，冷却实质上是个余热回收系统，它利用制品在冷却过程中所释放出的热量来加热空气，余热风可供干燥或助燃风用，达到节能的目的。3.4.1急冷段急冷段是指从最高温度1180700，制品由于液相的存在而具有相当的可塑性，可采用直接喷冷风对吹冷却，而不会使制品破裂。在急冷段（5节，第34-38节），辊上辊下都设置了耐热急冷管，直径为D=100mm，每节6对，上下相对分布（急冷的前半节不设置急冷风管），共54根急冷管。每对风管都有喷风缝对制品均匀喷风。3.4.2缓冷段缓冷段温度700400，是制品产生收缩容易开裂的危险区，本设计采用窑顶抽风方式，在40-45节（6节）每节窑顶窑底各设置2支抽惹风管。在缓冷带的中部景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计16设有一个平台，上面布置两台抽热风机（一台备用） 。从缓冷段抽出的热风可供干燥和作助燃风用，更好地利用余热，减少损耗。 3.4.3快冷段快冷段温度40080，制品冷却到400以后可以进行快速冷却。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于达到。而此段冷却也很重要，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后炸裂，故要加强该段的冷风冷却.一般都采用冷风管进行快冷.其冷却效果好，并便于该段温度的调节。在快冷一区第（46-49节）窑炉每节设置2对，共16根直径D=150mm的快冷风管，同时在该段的46节上方设有一工作平台，其上布置两台快冷风机（一台备用） 。在快冷二区（50-52节） ，在每节窑墙各设置2对排轴流风机，以45向窑内吹入冷空气。3.5 传动系统传动系统【2】3.5.1 辊子材质的选择辊子材质的选择由于辊道窑的陶瓷辊棒在高于700的窑温下必须处于转动状态，否则辊棒会弯曲。 选辊子时，必须要求辊子具有一定的刚度、强度、耐磨度等，此时尺寸要规范，成本不能太高，故依据窑体各段温度差选用不同的辊子：在低温段（20200）选用的无缝钢管辊子；在中温段（200600和 40080）选用的耐热不锈钢管；在高温段（6001200和 1200700）选用的莫来石刚玉质陶瓷辊棒；在（700400）选用的莫来石辊棒.选用直径为 40mm 的辊棒。3.5.2 辊子直径与长度的确定辊子直径与长度的确定辊距H=(1/31/5) L，因制品长度L=300，每节窑长2100mm，则最后确定辊距，1/4L=75mm，在考虑到辊距如果太大对棍子的强度要求太高，因此，最终确定辊距为：70mm。每节窑为2100/70=30根，即每节30根辊棒，52节共5230=1560根。.棍子转速N=KL/TDL窑长mm K取1.05T产品烧成周期min D辊子直径景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计17N=（1.05109200）/（3.145040）=18.26r/min3.5.3 传动系统的选择传动系统的选择因为本窑长度较大，必须采用链条分段传动，使辊子传动的平稳度增大， 传动系统采用 45螺旋斜齿轮强制传动方式.每三个窑段为一传动组，每组由一台摆线针轮减速电机带动，每两台摆线针轮减速电机由一个变频器调节速度.操作人员可以将全窑调成一个速度，也可由每个变频器调成不同速度。当发生堵窑事故需处理时，事故前的辊棒可以调成往返摆动，事故后的辊棒可继续将砖坯送至窑出口.整个传动系统看上去简捷、规整，这种传动方式运行平稳可靠、调整简单、维修量小.螺旋斜齿轮传动都采用油浴润滑，润滑效果好、磨损少、使用寿命长.整个传动系统可图示如下：3.6 窑体附属结构窑体附属结构【2】3.6.1 事故处理孔：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。考虑到砌筑应该比求出值稍大一点，故取事故处理孔宽度为：300 mm，所以我们取事故处理孔尺寸为：300100。为了方便处理断辊、卡砖、起摞等事故，在窑侧每隔一定距离设置事故处理孔，一般设置在辊下，在窑两侧交错分布，为了能清除窑内侧任何位置的事故，两事故处理孔之间距离应不大于事故孔对角线与对侧内壁交点的连线。景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计18Bbc图图 4.1 事故处理孔布置情况事故处理孔布置情况根据公式 L=2（b+c）=2b*（1+B）/&，其中 b=300mm，B=2300mm，最大=325mm 得 L=4846mm，取 L=4840mm 即同侧每隔 2 节一个事故处理孔，并对错砌。对于事故处理孔在不处理事故时，要进行密封，内部堵塞耐火材料做成的大盖板，间隙填入陶瓷棉，最外部的钢板密封前端仍需一段耐火材料.密封是为了防止热气体外溢，冷风漏入等引起的热损失对烧成制度产生影响。3.6.2 测温、测压孔测温、测压孔A、测温孔为了更好的控制窑内的温度，全窑共设置测温孔 60 个，窑顶与窑侧的测温孔排布位置相同，窑墙上的测温孔在两侧交替分布。预热带（1-24 节）每两节在窑顶窑侧各设置一个测温孔，分布于1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23 节共 12 对 24 个测温孔。烧成带（25-33 节）每一节都设有测温孔，共 9 对 18 个测温孔。冷却带同预热带，每两节在窑顶与窑侧设置一个测温孔共 18 个测温孔。在烧成带（25-33 节）用 S 型热电偶，其他均用 K 型.S 偶 18 支，K 偶 42支。窑炉的各执行机构通过工业 PLC 集中控制，传动速度由变频器调控.窑炉的进砖或出砖情况通过专门设置的摄像机和监视器来监控.排烟、助燃风机设报警开关，通过压力开关与窑炉的燃烧系统进行联锁。这样，在烧成曲线的关键点，如氧化末段、晶型转化点、釉始熔点、成瓷段、急冷结束等都有留设。B、观测孔为了观察烧嘴燃烧情况，在每个烧嘴的对面墙上均设置一个与之对应的观由图可知：ctg=b/=c/B所以：c=B*ctg=B*b/则：L=2*(b+c)=2*b*(1+B)/在公式中：b事故处理孔的宽度，mm；B窑的内宽，mm；窑的厚度，mm； L相邻两节窑的窑长再加上事故处理孔的长度，mm。景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计19察孔，全窑共设置 70 个，取直径 d=50mm 。C、测压孔零压应设在预热带与烧成带界面附近.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.所以零压面设在第 24 节处的窑顶设一测压孔。3.6.3 挡墙与挡板挡墙与挡板【3】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。为了更好的调节窑炉内温度制度的调节，本设计将在每个换带之间设计上挡板，在烧成带和冷却带设置挡墙、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.再一个就是防止高温烟气的辐射对急冷管的损害.预热带设置挡墙、挡板可以增加烟气在高温区的滞留时间，提高烟气利用率比可控制低温区的温度。本设计在烧成带第 25 节前和急冷带第 34 节前，各设置挡墙、挡板.挡墙高度为 150mm.在第 6 节、11 节、15 节、38 节、45 节末端设置挡墙，不设置上挡板.挡板最大入窑深度距离辊子中心上 170mm.挡墙用超轻质耐火粘土砖组成，标砖沿宽度方向 32.532.5 等边三角形切掉，用于砌筑挡火墙。3.6.4 膨胀逢膨胀逢【3】每两节窑的连接处留 15 mm 的膨胀逢，并添塞陶瓷纤维以密封。3.6.5 测压孔测压孔本设计不另设测压孔，以观察孔代替测压孔。3.6.6 观火孔观火孔在每个烧嘴的对侧窑墙设置直径 50mm 的观火孔，以便及时观察对面烧嘴火焰情况.遇到事故处理口，取消观火孔。景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计203.6.7 钢架结构钢架结构【3】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、上下侧梁、下横梁、底侧梁等均采用60mm60mm4mm 的方型钢管焊接而成.在一节窑体钢架中，每侧共有立柱 3根，两段的立柱上揩油供 M8 螺栓节间联接的 4 个小孔.下横梁每节共 3 根，焊在底侧梁上，下横梁上焊有 5050 的等边角钢作底架，以便在其上搁置底板.上下侧板可用 23mm 钢板冲压制成，吊顶梁采用 50324 的角钢.窑底支撑采用可调节的方式。景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计214燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算4.1 燃料所需空气量燃料所需空气量4.1.1 理论空气量理论空气量 Va可由经验公式计算，根据经验低发热量 Qnet取 6000KJ/kg ，由于燃烧采用的是含氧 30%的富氧空气，则：Va0=21/30 Qnet，ar0.29/1000=21/3060000.29/1000=1.218 m3/m3 煤气。4.1.2 实际空气量实际空气量 Va取空气过剩系数 a=1.15，则实际空气量：Va=aVa0=1.151.218=1.4m3/m3煤气。4.2 燃料产生烟气量燃料产生烟气量4.2.1 理论烟气量理论烟气量根据经验公式计算【4】Vg0=0.173Qnet/1000+1=0.1736000/1000+1=2.04 m3/m3煤气。4.2.2 实际烟气量实际烟气量取 =1.2Vg= Vg+(-1)Va0=2.04 +(1.15-1)1.218=2.22 m3/m3煤气。4.3 燃烧温度燃烧温度4.3.1 理论燃烧温度理论燃烧温度 tm【4】tm= （Qnet+Vacata+cftf）/Vgcg此时已知，Qnet =6000KJ/kg，助燃室温 ta=20，ca=1.30KJ/mcf=1.32KJ/m ，Vg=2.15（m3/m3煤气）当 t=1500-1800，则 cg= 1.635 假设 Tth =1650则 tm =（6000+0.84*1.3*20+1.32*20）/2.15*1.635=1720景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计22相对误差：（1720-1650）/1720*100%=4%5% 偏差教小，假设成立。4.3.2 实际燃烧温度实际燃烧温度 tp取温度系数为 0.8 得 tp=tm=0.81720=1376 oC实际烧成最高温度比产品烧成温度 1180 高 196oC，说明可以充分烧成此产品，还可实现快速烧成。景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计235窑体材料及厚度的确定窑体材料及厚度的确定5.1 窑体材料确定原则窑体材料确定原则 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，材料要轻，隔热性能好，节约燃料.而且还要考虑到材料的价廉问题，在达到要求之内尽量选用价廉的材料以减少投资。5.2 窑体材料厚度的确定原则窑体材料厚度的确定原则（1）为了砌筑方便和外形整齐，窑墙厚度变化必要太多。（2）材料的厚度应为砖长的或砖宽的整数倍；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的基础上，还要考虑散热少，投资少，使用寿命长等因素。5.3 窑墙、窑顶、窑底各层厚度计算窑墙、窑顶、窑底各层厚度计算图图 6.1 窑体厚度确定原则示意图窑体厚度确定原则示意图5.3.1 计算依据计算依据选择材料校核计算，首先确定所用的材料是否符合允许的最高温度。各材料的使用温度都低于耐火度，都可以使用。景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计24陶瓷窑炉的散热包括以下三个传热过程：1）高温流体与平壁内表面之间的对流传热和辐射传热；2)平壁内部的导热；3)平壁外表面与低温流体之间的对流传热和辐射传热。由于在这种情况下的综合传热计算很难准确获得高温流体的温度以及高温流体与平壁内表面的对流辐射传热系数。因此，在实际的窑炉的计算中，例如窑炉壁散热损失计算中，通常采用下列公式进行计算：对流辐射换热系数计算公式：=Aw(t3-ta)0.25+ 4.56t34/100-ta4/100/(t3-ta) 窑墙计算中 Aw 取 2.56，窑顶计算中 Aw 取 3.26，窑底计算中 Aw 取 2.1。导热公式：q=(t1-t3)/(1/1+2/2) 5.3.2 窑体材料的选用与厚度校核窑体材料的选用与厚度校核由于计算各带的方法是相类似的，所以现只以烧成带为例说明，其他段方法一致。设计方案：参照嘉德力窑炉公司的窑炉选材进行设计，从窑墙内侧向外依次取定窑墙分层数代号分别为 M、T、S1、S2、S3、S4、S5 M 用莫来石 JM26 砖，厚度 1 为 114mm，1200时导热系数为 1=0.8，T 用莫来石 JM23 砖，厚度 2 为 114mm，1200时导热系数为 2=0.55，T 用莫来石 JM23 砖，厚度 3 为 65mm，1200时导热系数为 3=0.55S1 用含锆棉毯，厚度 4 为 20mm，导热系数 4=0.128，S2 用背衬板，厚度 5 为 25mm，导热系数 5=0.3，S3 用背衬板，厚度 6 为 25mm，导热系数 6=0.22，S4 用普通棉毯，厚度 7 为 50mm，导热系数 7=0.096，S5 普通棉板，厚度 8 未知，热导率为 8 未知.现在求取普通棉板厚度 7，已知：产品最高烧成温度为 1180C，预计最高烧成温度为 1300C，最外层用 2mm 钢板做窑墙。则以外壁最高温度 t=80C，环境温度区 ta=20C，先计算最大散热热流量。据对流辐射换热系数计算公式有：景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计25 =2.56*（t-ta）0.25+4.56*（t/100）4-（ta/100）4/（t-ta） =14 W/m2*c 则最大热流量为：q=*（t-ta）=14*(80-20)=840 W/m2据导热公式有：q=（t1-t8）/（1/1+2/2+3/3+4/4+5/5+6/6+7/7+） 求解可得：t8=172C 8=0.24+0.00008*（80+172）/2=0.25 W/m2*c据导热公式 q=（t8-t）/8/8 求解可得 8=27mm，取厚度为 50mm。同理可以确定校核窑的其他各带的窑体材料，确定为下：表表 5.1全窑窑体材料选择全窑窑体材料选择【5】预热一区（1-6 节）顶部/R侧墙/S底部/B层号材料厚度材料厚度材料厚度1岩棉板50岩棉板500.8 漂珠粘土铺底砖67总厚度 mm505067材料性能名称规格材质热导率备注岩棉板1100*600*5015. 00.035+0.0018t温度范围 503000.8 漂珠粘土铺底砖250*230*65NG-0.80.27热导率平均50350t预热二区（7-15 节）顶部/R侧墙/S底部/B层号材料厚度材料厚度材料厚度1高铝聚轻球 0.82200.8 漂珠粘土砖1150.8 漂珠粘土铺底砖672普通硅酸铝纤维毯25岩棉板500.8 漂珠粘土砖67总厚度 mm245165134材料性能名称规格材质热导率备注岩棉板1100*600*5015. 00.035+0.0018t温度范围 503000.8 漂珠粘土铺底砖250*230*65NG-0.80.27热导率平均50350t0.8 漂珠粘土砖230*114*65NG-0.80.27热导率平均50350t景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计26普通硅酸铝纤维毯1100*400*2522. 00.13标准型 RT高铝聚轻球 0.8272*220*154LG-0.8 聚轻球0.35热导率平均50350t预热带三区（16-24 节）顶部/R侧墙/S底部/B层号材料厚度材料厚度材料厚度1高铝聚轻球 0.8250JM23-0.8115高铝聚轻球 0.8672普通硅酸铝纤维毯500.8 漂珠粘土砖1150.8 漂珠粘土砖673普通硅酸铝标准毡500.8 漂珠粘土砖674普通硅酸铝纤维毡50粘土砖 0.8675粘土砖 0.867总厚度 mm300330335材料性能名称规格材质热导率备注高铝聚轻球 0.8272*250*154LG-0.8 聚轻球0.35热导率平均50350tJM-23230*114*65JM-23-0.80.20热导率温度 10000.8 漂珠粘土砖230*114*65NG-0.80.27热导率平均50350t高铝聚轻球 0.8（底）250*230*65NG-0.80.27热导率平均50350t普通硅酸铝纤维毯1100*400*5022. 00.13标准型 RT普通硅酸铝纤维毡1100*400*5022. 00.14T 使用150mmH2O流量 Nm3/h压力mmH2o温度C风量Nm3/h风量调节比火焰长度m火焰锥角炉膛温度C41015020-500481:64-15200-70O500-1800景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计4710工程材料概算工程材料概算10.1 窑体材料分段概算窑体材料分段概算【9】10.1.1 第第 1-6 节节岩棉板：V=S*H 29.6)=2.31m0.8 漂珠粘土铺底砖 46.6/（0.25*0.23）=810（块）10.1.2 第第 7-15 节节高铝聚轻球 0.8（272*220*154）： 46.6/（0.272*0.154）=1112（块）普通硅酸铝纤维毯 25：46.6*0.025=1.165m岩棉板：0.05*14.88*2=1.488m0.8 漂珠粘土铺底砖 250*230*65：46.6/（0.25*0.23）=810（块）0.8 漂珠粘土砖 230*114*65： 14.88*2/（0.23*0.114)+ 46.6/（0.23*0.114）=1135+1777=2912（块）10.1.3 第第 16-24 节节高铝聚轻球 0.8(272*250*154):46.6/(0.272*0.154)=1112（块）普通硅酸铝纤维毯 50：49.7*0.050=2.485mJM23-0.8（230*114*65）：2*21/（0.23*0.065）=2809（块）0.8 漂珠粘土砖（230*114*65）：2*21/（0.23*0.65）=2809（块）普通硅酸铝标准毡 50：2*2*21*0.05=4.2m高铝聚轻球 0.8（250*230*65）：46.6/（0.25*0.23）=810（块）0.8 漂珠粘土砖 230*114*65：49.7*2/（0.23*0.114）=3790（块）粘土砖 0.8（230*114*65）：49.7*2/（0.23*0.114）=3790（块）10.1.4 第第 25-38 节节JM26（顶部吊顶）272*250*154：(49.7+27.615)/（0.272*0.154）=1846（块）景德镇陶瓷学院 2011 届热能与动力工程毕业设计说明书 日产 6100M2发生炉煤气富氧燃烧辊道窑设计48普通硅酸铝纤维毯 50：(49.7+27.615)*0.05=3.87m普通硅酸铝纤维毯 25：(49.7+27.615)*0.025=1.93mJM23（230*114*65）：(2*21.26+2*11.825)/（0.23*0.065）=4426（块）1260 陶瓷纤维板：(2*21.26+2*11.825)*0.05=3.3m普通硅酸铝纤维毡：(2*21.26+2*11.825)*0.05=3.3mJM26（230*114*65）:(4