日产2万m2抛光砖辊道窑设计说明

. . . 日产1.2万m2抛光砖辊道窑设计摘要本设计的辊道窑全长216.3m，采用装配式结构，每节箱体长2.1m，采用天然气作为燃料，燃烧器采用高速烧嘴，可有效的提高燃烧质量。为了更好的调节温度，采用6段分散排烟，排烟口设在窑底和辊上侧墙，且在这些区段的前后设有挡墙和挡板，有效加强部气体保留时间，提高冷热交换效果。窑体多使用轻质材料。燃烧器分布较广，在预热带中前段只有辊下才有烧嘴，有利于节省燃料，调节温差，使制品烧成质量极好；缓冷段设置较长，有利于控制产品缺陷；本设计的辊道窑，窑体趋向轻型化，烧成质量好，产量高。并在窑尾将抽热风收集用于干燥，节能减排，倡导洁净生产，优化工作环境。关键词：辊道窑 温度 节能 快烧90 / 96Abstract This design of roller kiln is a 216.3 m, using assembled structure, each section 2.1 m long body, by using natural gas as fuel, burner adopting high speed burner, can effectively improve the quality of combustion. In order to better adjust temperature, the spread of section 6 smoke, smoke in the mouth and roller kiln wall roof-mounted solar panels, and in these segments of the front and back of the retaining wall and a baffle, effectively strengthen internal gas reserves the time, improve the effect of cold and heat exchange. Kiln body use more lightweight materials. Burner a wide distribution, in the tropical had to roll in only a burner, to save fuel, adjust the temperature difference, the products quality is extremely good burn; Slow cooling section set a long, be helpful for control product defect; This design of roller kiln, kiln body light-duty trend, burn them to good quality and high yield. And in the end will be collected at a hot air drying, energy conservation and emission reductions, advocate clean production, optimize work environment.Keywords: roller kilntemperatureenergy savingits目 录摘要IAbstractII1 前言12 设计任务书与原始资料23 窑体主要尺寸的确定33.1 宽的确定33.2 窑体长度的确定33.2.1 窑体长度的初步确定33.2.2窑体有效长度的计算44 烧成制度的确定与各带划分54.1温度制度54.2气氛制度64.3压力制度64.4 窑高度的确定75工作系统的确定85.1排烟系统85.2燃烧系统85.2.1烧嘴的设置85.2.2天然气、助燃空气输送装置85.3冷却系统85.3.1急冷带通风系统95.3.2 抽热风口的设置95.3.3快冷通风系统95.4传动系统的选择95.4.1传动系统的选择95.4.2辊子材质的选择105.4.3辊子直径的确定105.4.4辊距的确定105.4.5辊子的转速的选择105.4.6传动过程115.5窑体附属结构115.6 钢架结构126 窑体材料的确定136.1 窑体材料确定原则136.2 窑体材料的选用与校核计算136.2.1窑体材料校核计算156.2.2各段窑体材料与厚度177 燃料与燃料计算257.1 燃料天然气对应成分的湿成分的换算257.2 理论空气需要量的计算267.3 实际空气需要量的计算267.4理论烟气量的计算267.5实际烟气量的计算267.6理论燃烧温度的计算268 物料平衡计算289 热平衡计算309.1 预热带和烧成带的热平衡计算309.1.1 热平衡计算基准与围309.1.2热平衡示意图309.1.3 热收入项目319.1.4 热支出项目329.1.5热平衡方程369.1.6列出预热带、烧成带热平衡表379.2冷却带热平衡计算389.2.1 热平衡计算基准与围389.2.2热平衡示意图389.2.3热收入项目389.2.4热支出项目399.2.5列热平衡方程439.2.6列冷却带热平衡表4310 管道尺寸、阻力计算与风机选型4410.1计算抽烟风机的管道尺寸、阻力计算对风机的选型4410.1.1管道尺寸4410.1.2阻力计算4510.1.3风机的选型4610.2 其他系统管道尺寸的确定、风机的选型4610.2.1燃料管径的计算4610.2.2助燃风管管径4710.2.3冷却带风管管径4810.2.4风机的选型5111烧嘴的选用5411.1每个烧嘴所需的燃烧能力5411.2选用烧嘴5412 工程预算5512.1窑体材料概算5512.1.1窑墙材料概算5512.1.2 窑底材料的概算5712.1.3 窑顶材料的概算5712.2 钢材材料概算5913 后记6114参考文献6215 外文文献631 前 言 随着经济不断发展，人民生活水平的不断提高，瓷工业在人民生产、生活中都占有重要的地位。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瓷。因此正确选择烧成窑炉是获得性能良好制品的关键。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压力。最后，必须要维持适当的气氛。这些要求都应该遵循。在设计之初我在唯美集团工作、实习，该厂使用的窑炉是意科设计、建造的。该窑长326米，宽2.8米，利用余热干燥生坯，热效率高，温度控制准确、稳定，传动用齿轮传动，摩擦式联结辊筒，传动平衡、稳定，维护方便，无级调节，控制灵活。设计认为，通过仿制吸收其先进技术，又有主助于加深原窑的认识，更好管理窑炉。所以，本设计我借鉴该窑炉的设计思想，加上我个人的见解。 我设计的辊道窑是连续式窑。窑炉总长216.3米，宽2.5米。燃料采用天然气。我设计的辊道窑，窑体趋向轻型化，烧成质量好，产量高，日产1.2万m2抛光砖辊道窑。本设计在窑尾将抽热风收集用于干燥，节能减排，倡导洁净生产，优化工作环境。2 设计任务书与原始资料（一）设计任务题目：日产1.2万m2抛光砖辊道窑设计（二）原始数据1、坯料组成：SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OI.L68.3516.272.302.650.852.22.154.852、产品规格：60060010mm3、入窑水分：1%4、产品合格率：95%5产品收缩率：9%5、烧成周期：40min6、最高烧成温度：12307、年工作日：330天/年8、燃料：天然气（低位热值34673KJ/m3）9、其它参数：室温20,夏天最高温度403 窑体主要尺寸的确定3.1 宽的确定随着辊子材料质量的提高，生产技术的进步，辊道窑的宽有进一步加宽的趋势。根据金德键的研究结果表明，增加辊道窑的有效宽，可以提高产量、降低能耗。考虑到初次设计辊道窑，故在确定窑的宽的时候，以一些现有的先进窑炉的技术参数作为参照，以保证本次设计的实用性和先进性。确定窑宽时，一方面要考虑辊子长度、窑墙厚度，另一方面还要考虑水平方向温度的均匀性等因素。根据产量，所用的燃料，窑传热等因素，粗略确定宽的尺寸，设计为B米，制品的收缩率为9%，则为计算窑宽方便取为660mm，两侧坯体与窑墙之间的距离取260mm，暂定窑宽B=2000mm，则可排砖数：（2000-2602）/660=2.24，取3块并排。最后确定窑宽B6603+2602=2500mm3.2 窑体长度的确定3.2.1 窑体长度的初步确定窑容量密度为： g每米排数每排片数每片砖面积（m2/米窑长） （1000659.3）30.60.61.638m2/米窑长窑长LNy/g350.88/1.638=214.21m3.2.2窑体有效长度的计算利用装配方式，由若干节联结而成，设计单元模数：每节长度为2100mm，因此，窑的节数为：214.21/2.1102.004节，取103节实际窑的有效长度为： L1032100216300mm4 烧成制度的确定与各带划分 窑炉的烧成制度取决于坯釉料的组成和性质、坯体的造型、大小和厚度以与窑炉结构、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。4.1温度制度烧成周期：40min烧成曲线 根据烧成曲线中温度的划分，确定各带节数、长度与单元节分配并填入下表：预热带：L/40t1/2100= 33.99（节） 取34节 长度=210034=71400（mm） 占总长34/103=33%烧成带：L/40t2/2100= 28.84（节） 取29节 长度=210029=60900（mm） 占总长29/103=28%冷却带：L/40t3/2100= 40.1（节） 取40节 长度=210040=84000（mm） 占总长40/55=39%各温度带的划分：名称单元节温度（/）时间（/min）升温速率（/min-1） 排烟带1-1820-400757.3预热带19-27400-7003.488.3 预热带28-34700-10002.8107.1烧成带35-541000-11507.719.5烧成带55-631150-12303.522.9急冷带64-691230-7002.4-220.8缓冷带70-84700-4005.8-51.7尾冷带 85-92400-2003.1-64.5 尾冷带 93-103200-804.3-27.9总计103404.2气氛制度保持全窑氧化气氛。4.3压力制度预热带40-25Pa,烧成带8 Pa。4.4 窑高度的确定辊道窑的高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。高是制品在窑传热和烧成的空间，高必须合理，既能有利于产品换热满足烟气有足够的流动空间，又必须满足一定的烧成空间和冷却空间，所以，高的确定有一定的原则：考虑到所用燃料为天然气，燃料中所含有的N2量比较大，单位燃料所需要的空气量也比较大，烟气量也比较大，为了有利于热量的传递，保证有足够的烧成空间和冷却空间，所以把窑尺寸稍稍加大了一些。各节窑高度如下：窑前段(第1节第18节)预热带、烧成带、急冷带、缓冷带（第19节84节）快冷带(第85节第103节)辊上高（mm）470532470辊下高（mm）456456456总高（mm）9269889265 工作系统的确定辊道窑的工作系统确定包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统等。5.1排烟系统由于本设计的辊道窑较长，总长为216.3米，因此共设了七处排烟，分别设在窑前第一节、第二节、第四节、第七节、第十节、和第十二节。每节排烟口的设置为在窑顶和窑底分别设有5个直径为150的排烟支管，第一、二节的排烟支管伸入窑且开口向着烟气的流动方向；烟气从各排烟口进入排烟支管，然后通过每节的排烟支管进入上下排烟分管，最后通过直径为800的总排烟管由排烟风机排出室外。5.2燃烧系统5.2.1烧嘴的设置 选用的燃料是天然气，为均匀窑温强化窑对流换热和利于烧成带温度的调节，本设计选用烧嘴芯为材料的烧嘴，保证燃烧充分。并从23节到34节开始布置烧嘴，每节辊下布置两对烧嘴，从35节开始到烧成带62节结束，辊上辊下分别设置两对烧嘴，并在辊上辊下每个烧嘴的对侧窑墙上设置一个观火孔。5.2.2天然气、助燃空气输送装置 气烧辊道窑的天然气总管一般设置在窑顶上方，天然气由总管经过支管流向烧嘴，助燃空气总管经过两支支管分别从35节、53节流入，先通过钢架结构的空心管再由软管通向烧嘴。5.3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。从热交换的角度来看，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 ，余热风可供干燥或作助燃风用，达到节能目的。5.3.1急冷带通风系统从烧成最高温度至700以前，制品中由于液相的存在而具有塑性，此时可以进行急冷，最好的办法是直接吹风冷却。辊道窑急冷段应用最广的直接风冷是在辊上下设置横穿窑断面的冷风喷管。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。本设计也采用此种结构，用6节窑长进行急冷，每节辊上、下一共分布39根直径为128mm的急冷风管（急冷的前半节不设置急冷风管），交错排列横穿过窑，窑部分的管子开圆孔若干。5.3.2 抽热风口的设置制品冷却到700500围时，是产生冷裂的危险区，应严格控制该段冷却降温速率。为达到缓冷目的，一般采用热风冷却制品的办法。大多数辊道窑在该段设有38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，让制品慢速均匀地冷却。本设计一方面采用抽急冷带过来的热风的方法来调节温度，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。风罩抽走这一带的空气。并且从71节开始到84节中每节设置一对间壁管和6对支管。5.3.3快冷通风系统 在终冷带第一区，配置支管小孔直接冷却系统，在辊面上、下室空气并在窑形成空气回路来冷却，由与高压小流量冷却形成，所以冷却后的热空气温度比较高，可回收做余热利用。在终冷二区，用低压大流量轴流风机强制冷却，将砖坯温度进一步降低，一般直接排入大气。5.4传动系统的选择5.4.1传动系统的选择该窑传动采用传统的45度斜齿传动，齿轮常浸于油槽中，使传动系统处于良好的润滑状态中，从而最大限度地保证传动的平衡性。在烧成带采用差速齿轮传动方案，有效地减少辊棒高温蠕变倾向，增强辊棒的自净能力。传动电机采用摆线针轮电机40台，全窑传动电机用十三台变频器来进行独立调速，使该窑炉能够最大限度地适应不同产品，烧成周期具有很大的调节围。5.4.2辊子材质的选择辊道窑对辊子材质要求十分严格，它要求制辊材料热胀系数小而均匀，高温抗氧化性能好，荷重软化温度高，蠕变性小，热稳定性和高温耐久性好，硬度大，抗污能力强，本设计选用瓷棍棒。5.4.3辊子直径的确定辊子的直径大，则强度大，但直径过大，会影响窑辐射换热和对流换热。对于用托辊磨擦式联接的辊子来说，辊子的直径大些，有阻于增加辊子之间的摩擦力。因此，辊子的直径可根据制品的重量和辊子的联接方式来决定。如制品较重或辊子的联接方式是托辊摩擦式，辊子应选择直径大一些的，故选用直径为60mm的辊棒。5.4.4辊距的确定模数为2100的部分每节布置28根的辊子，其它的每节布置26根的辊子。低温区：2100/28=75高温区：2100/26=80.77所以低温区的辊距为75mm,高温区的辊距为80.77mm.辊子的总数为N=4828+6626=3060根5.4.5辊子的转速的选择n=KL/dtL-窑长，mmt- 烧成周期 mind- 辊子直径 mmK-考虑到制品的滑动系数,一般取K = 1.05那么，n=（2100001.05）/（3.146040）=29r/min辊道窑采取分段传动时，各段速度略有不同，为防止制品在运行过程时起摞、垒砖，自窑头向窑尾方向各段转速依次加快，但由于各段间转速差别不大（后一段仅比前一段快0.05r/min左右），在传动设计时通常采用变频电机或变频调速器。因此，进行传动比计算是，辊子转速取其平均值5.4.6传动过程电机减速器主动链轮滚子链从动链轮传动轴主动螺旋齿轮从动螺旋齿轮棍棒传动轴辊子。5.5窑体附属结构（1）事故处理孔事故处理孔设在辊下，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。高箱事故处理孔和低箱事故处理孔尺寸：370mm198mm 对于事故处理孔在不处理事故时，要进行密封，部堵塞耐火材料做成的大盖板，间隙填入瓷棉，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、冷风漏入等对烧成制度产生影响。（2）膨胀缝窑体受热膨胀产生很大的热应力，为避免窑体开裂、挤坏，必须重视窑体的膨胀缝的留设，孔砖间也应留设。窑体膨胀缝应在窑体的每一节的中间，保证节间气密性，所以本设计的窑体膨胀缝（10mm）设置在每节的中部。（3）测温孔为了严密监视与控制窑温度和压力制度，与时调节烧嘴的开度，一般在窑道顶与火道侧墙留设测温孔与安装热电偶。一般高温成瓷区每节设一对，辊上设在窑顶，辊下设在窑侧墙；两侧墙的侧温孔交错布置。除高温区外一般是按烧嘴控制区2-3节设置一对测温孔，并且设在烧嘴对侧窑墙上。本设计在118节每两节的奇数节于窑顶布置,每节侧墙布置，1963节每两节偶数节在窑顶、窑侧墙布置，急冷段奇数节窑顶布置，缓冷段每隔四节在窑顶布置。选用48套PID温控仪表，72套热电偶，其中S偶40支，K偶32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。（4）挡火板和挡火墙的设置由于辊道窑是中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，为便于调节窑压力制度和温度制度，在预热带和烧成带（18和19节之间），烧成带和急冷带之间（63和64节之间）,设置挡板和挡墙烧成带下枪区和烧成带上下升温区(34和35节之间)，烧成带上下升温区和烧成带上下保温区(52和53节之间),缓冷带和快冷带之间（84和85节之间）设挡墙急冷二区和缓冷带之间（70和71节之间）设置挡板，上方采用耐火纤维板吊挂，挡墙用高铝砖砌筑，上挡板还以上、下调节以控制各段温度。（5） 测压孔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的交界面附近。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；若零压过少移向烧成带，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。故本设计在第17、26、34节每节的窑侧墙观察孔位置布置了测压孔。（6）观察孔在每个烧嘴的对侧窑墙设置了70的观察孔，并在急冷区也布置了7对70的观火孔，在缓冷区71节到73节也设置了5对50观火孔，以便与时观察窑情况。未用时，用与观察孔配套的孔塞塞住，以免热风逸出或冷风漏入。5.6 钢架结构主要以矩型方管为主而构成,规格为：10050mm、7050mm、6040mm、5030mm6 窑体材料的确定6.1 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。6.2 窑体材料的选用与校核计算传统的窑体砌筑材料大多为粘土砖或高铝质耐火砖或保温砖，这些材料的特点是密度大、强度低、保温性能差，用这些材料砌筑的窑墙厚，窑体散热损失大，难以满足轻型、快速烧成辊道窑的要求。如今我们使用轻质耐火材料，这些材料不仅密度小、绝热性能好，又可耐高温，热稳定性好，用它们砌筑的窑体，起耐火和隔热双重作用。选择的时候，从长期使用温度、耐压强度和热震稳定性这三个方面来考虑，尤其是耐火材料的长期使用温度。一般设计人员都是根据分类温度来选择材料的，最高使用温度即分类温度，它是指连续保温24小时其重烧线变化不大于2的实验温度，但这个温度与工作温度是有差别的，不能作为隔热耐火砖的工作温度。根据郭海珠所发表的辊道窑用轻质耐火材料的选择文章中：工作温度分类温度10分类温度40。我对所选择的材料作了一些相应的校核计算。1、根据工业窑炉最高工作温度与各部分工作温度选用辊道窑炉壁与各部分壁衬材质。2、以窑炉窑壁传热计算结果为依据，确定窑炉炉壁衬结构（壁衬总厚度、各层壁衬材料厚度），并预测纤维炉衬的经济效果。瓷纤维炉壁传热计算容：窑壁断面温度分布，窑壁冷面温度，多层炉壁层间温度。炉壁散热损失。炉衬稳定态传热是个综合过程，一般由三部分组成（见下图）。炉热源以辐射和对流方式向炉壁表面（热面）给热Q1，使炉壁热面温度上升，最后稳定在某一温度。 炉壁部，由炉壁热面向炉壁外表面（冷面）传导热量Q2。 炉壁冷面向环境散热，用To表示环境温度，只要冷面温度大于环境温度，炉冷面即以辐射给热和对流给热方式向环境散热，用Q3表示。稳定态传热条件下：炉壁热面向炉壁冷面的传热计算 炉壁热面向炉壁冷面的传热为传导传热，其计算公式为：Q2=(T1- T2)/R R热阻，单层炉壁R=S/，双层炉壁R= S1/1+S22， N层炉壁R= S1/1+S22+S3/3+Sn/n为炉壁导热系数，w/（mk） S为炉壁厚度，m。炉壁冷面向环境的散热计算炉壁冷面向环境的散热，其计算公式为：Q=3=Q辐射+Q对流在窑炉设计中，常采用以下简化公式计算炉壁冷面向环境散热量w/（mk）.Q+3=(9+0.06T外)（T外-20）多层窑炉各层厚度计算，（以下图所示三层炉壁为例）。S1=1（T1-T2）/Q3S2=2（T2-T3）/Q3S3=3（T3-T外）/Q36.2.1窑体材料校核计算 由于计算各带的方法是相类似的，所以现只以烧成段最高温度一箱为例说明，其他段方法一致。方案一：s1用JM26砖，厚度为230mm,导热系数1=0.74s2用Isowool1400瓷纤维棉板，厚度为100mm, 导热系数2=0.152已知条件，使用温度1230，最高使用温度1300（除辊棒外的窑体结构），R=0.23/0.74+0.1/0.152=0.97Q=(1230-80)/1.069=1186(W/m2)验算：T1=1250 T2=T1-Q(s11)= 1230-1186(0.230.74)=861 T3=T2-Q(s22)=861-1186(0.10.152)=80符合要求，所需费用：500￥/m2方案二：s1用JM26砖，厚度为114mm,导热系数1=0.74，长期使用温度1250 s2用轻质高铝砖，厚度为114mm,导热系数2=0.79，长期使用温度1160s3用Isowool1400瓷纤维棉板，厚度为20mm, 导热系数3=0.152s4用普通硅酸铝瓷纤维棉板，厚度为100mm, 导热系数4=0.185已知条件，使用温度1230，最高使用温度1300（除辊棒外的窑体结构），R=0.114/0.74+0.114/0.79+0.02/0.152+0.1/0.185=0.99Q=(1230-80)/0.99=1161.6(W/m2)验算：T1=1230T2=T1-Q(s11)= 1230-1161.6(0.1140.74)=1062T3=T2-Q(s22)= 1062-1161.6(0.1140.72)=889T4=T3-Q(s33)= 889-1161.6(0.020.152)=745.5T5=T4-Q(s44)= 745.5-1161.6(0.10.185)=156符合要求，所需费用：486￥/m2经过比较，选用方案二好，不仅造价少，而且热流小，即通过窑体的散热小。同理可得，经过对预热带、烧成带、急冷带、缓冷带、的材料校核计算，所选用的材料厚度均符合设计要求。6.2.2各段窑体材料与厚度表6-1各段窑体材料与厚度预热一区: 低箱起始箱:1终止箱18层号顶部/R侧墙/S底部/B材料厚度材料厚度材料 厚度1高铝聚轻球轻质耐火砖0.8150粘土砖0.8114粘土砖0.8672硅酸铝标准毯20硅酸铝纤维毡50粘土砖0.8673珍珠岩30硅酸铝纤维毡50总厚度mm200250134预热二区: 高箱起始箱:19终止箱22层号顶部/R侧墙/S底部/B 材料 厚度 材料 厚度 材料 厚度1高铝聚轻球0.8230高铝聚轻球0.8115高铝聚轻球0.8672硅酸铝标准毯20粘土砖0.8115粘土砖0.8673珍珠岩30硅酸铝标准毯20粘土砖0.8674硅酸铝纤维毡50粘土砖0.8675硅酸铝纤维毡50粘土砖0.8676硅酸铝纤维毡507硅酸铝纤维毡50总厚度mm280450335烧成一区: 高箱下枪起始箱:23终止箱34层号顶部/R侧墙/S底部/B材料厚度材料厚度材料厚度1高铝聚轻球0.8230高铝聚轻球0.8115高铝聚轻球0.8672硅酸铝标准毯20高铝聚轻球0.8115粘土砖0.8673珍珠岩30硅酸铝标准毯20粘土砖0.8674硅酸铝纤维毡50粘土砖0.8675硅酸铝纤维毡50粘土砖0.8676硅酸铝纤维毡507硅酸铝纤维毡508铝箔纸总厚度mm280450335烧成二区: 高箱上下枪起始箱:35终止箱54层号顶部/R侧墙/S底部/B 材料 厚度 材料 厚度 材料 厚度1莫来石吊顶砖230莫来石115高铝聚轻球0.8672硅酸铝标准毯20高铝聚轻球0.8115高铝聚轻球0.8673珍珠岩30硅酸铝标准毯20粘土砖0.8674硅酸铝纤维板50粘土砖0.8675硅酸铝纤维板50粘土砖0.8676硅酸铝纤维板507硅酸铝纤维板50总厚度mm300450335烧成三区: 高箱上下枪起始箱:55终止箱62层号顶部/R侧墙/S底部/B 材料 厚度 材料厚度 厚度 材料1莫来石吊顶230莫来石砖115莫来石0.8672硅酸铝标准毯20莫来石砖115高铝聚轻球0.8673珍珠岩30硅酸铝标准毯20粘土砖0.8674硅酸铝纤维板50粘土砖0.8675硅酸铝纤维板50粘土砖0.8676硅酸铝纤维板507硅酸铝纤维板508铝箔纸总厚度mm280450335过渡区、急冷一区: 高箱起始箱:63终止箱63层号顶部/R侧墙/S底部/B 材料 厚度 材料厚度 材料 厚度1莫来石吊顶砖230莫来石砖115高铝聚轻球0.8672硅酸铝标准毯20高铝聚轻球0.8115高铝聚轻球0.8673珍珠岩30硅酸铝纤维板50粘土砖0.8674硅酸铝纤维板50粘土砖0.8675硅酸铝纤维板50粘土砖0.8676铝箔纸总厚度mm280380335急冷二区: 高箱起始箱:64终止箱70层号顶部/R侧墙/S底部/B 材料 厚度 材料厚度 材料 厚度1高铝聚轻球0.8230高铝聚轻球0.8115高铝聚轻球0.8672硅酸铝标准毯20高铝聚轻球0.8115高铝聚轻球0.8673珍珠岩30硅酸铝纤维板50粘土砖0.8674硅酸铝纤维板50粘土砖0.8675硅酸铝纤维板50粘土砖0.8676铝箔纸总厚度mm280380335缓冷区: 低箱起始箱:71终止箱84层号顶部/R侧墙/S底部/B材料厚度材料厚度材料厚度1高铝聚轻球轻质耐火砖1.0150轻质粘土砖0.8-1.0150轻质粘土砖0.8-1.0672硅酸铝标准毯20硅酸铝纤维毡100轻质粘土砖0.8-1.0673珍珠岩30硅酸铝纤维板504铝箔纸总厚度mm200300134终冷一区: 低箱起始箱:85终止箱92层号顶部/R侧墙/S底部/B 材料 厚度 材料 厚度 材料 厚度1硅酸铝纤维毡50粘土砖0.8150粘土砖0.8672硅酸铝纤维板50硅酸铝纤维毡50粘土砖0.8673硅酸铝纤维毡504总厚度mm100250134终冷二区(空箱): 低箱起始箱:93终止箱100层号顶部/R侧墙/S底部/B1配轴流风机7 燃料与燃料计算7.1 燃料天然气对应成分的湿成分的换算 查工业炉设计手册，查3-18表可知，天然气的一般组成：天然气体积成分（%）成分CO2H2SO2C2H4COH2CH4N2煤气烟气含量0.50.20.30.50.10.49810.7-0.81.24天然气的发热量是：33490kJ/m337680 kJ/m3。对应成分的湿成分换算：根据公式：X湿%=X干%（100+H2O湿）/100，其中H2O湿%=0.00124g干H2O/（1+0.00124 g干H2O）。查附表5,得20时，g干H2O=18.9g/m3，故CO2湿%=(0.5100)/(100+0.12418.9)=0.48%H2S湿%=(0.2100)/100+0.12418.9)=0.19%O2湿%=(0.3100)/(100+0.12418.9)=0.29%C2H4湿%=(0.5100)/100+0.12418.9)=0.49%CO湿%=0.1% H2湿%=0.39% CH4湿%=95.77% N2湿%=0.98% W%=2.29%Qd=4.187(3046co%+2580H2%+8550CH4%+14100C2H4%+5520H2S%)=4.18730460.1+25800.39+855095.77+141000.49+55200.19)/100=34673KJ/m3计算出来的低温发热量属于33490KJ/m337680KJ/m3围.7.2 理论空气需要量的计算根据气体燃料的化学组成，计算其理论空气需要量 L04.76（0.5CO+0.5H2+2CH4+3C2H4+1.5H2S+O2）4.76（0.50.1+20.39+295.77+30.49+1.50.19-0.29）10-29.20Nm3/Nm37.3 实际空气需要量的计算由于在氧化气氛下烧成,可根据经验取空气消耗系数1.1，那么，实际空气需要量为：LnL01.19.2010.12(Nm3/Nm3)计入水分:Ln/= Ln+0.00124 18.9 Ln=10.12 +0.0012418.910.12=10.36(Nm3/Nm3)7.4理论烟气量的计算理论烟气量的计算：按照燃料的化学成分计算理论烟气量：V0CO+H2+(n+m/2)CnHm+2H2S+CO2+N2+H2O 10-2+0.79 L0=0.1+0.39+（2+2）0.49+（1+2）95.77+20.19+0.98+2.29 10-2+0.799.210.20(Nm3/Nm3)7.5实际烟气量的计算VnV0+（n-1）L010.20+(1.1-1) 9.20=11.12(Nm3/Nm3)7.6理论燃烧温度的计算t=( Qd+Qk+Qr-Qf)/V0Ctf+( Ln/- L0)C空空气与燃料温度均按在室温20 时计算，热分解不考虑时,空气比热为Ca1.30KJ/M3.天然气比热为：C燃=3.425kj/(m3)现设t=1800 查燃料与燃烧表5-2，C空/=1.51KJ/(m3).热分解不考虑，则t(34673+10.361.320+1.6920)/10.21.67+(10.36-9.20) 1.51=1862因（1862-1800）/18623.33%5% 所以假设合理 t=1800。不计热分解时温为1862,则估计分解时温度均为1800,所以可在1800下求热分解量:VCO2=(CO+CO2+nCnHm)10-2=0.1+195.77+20.49+0.49) 10-2=0.97(m3/m3)VH2O=(H2+m/2CnHm+H2O)10-2=0.39+295.77+20.49+2.29) 10-2=1.95(m3/m3)CO2%=VCO2/Vn=0.97100%/11.12=8.72%H2O%=VH2O/Vn=1.95100%/11.12=17.54%设燃烧室压力为105Pa则PCO2= CO2%=0.09 105Pa PH2O =H2O%=0.18105 Pa查附表8与附表9知:fCO2=4.8%,fco2=1.46%所以,Q分CO2=12600VCO+10800VH2 =12600(VCO2)未fco2+10800(VH2O)未fH2O =126000.974.810-2+108001.951.4610-2 =894 KJ/(m3)所以t=(Qd+Qk+Qr-Qf)/V0Ctf+( Ln/- L0)C空=(34673+10.361.320+1.6920-894)/10.201.67+(10.36-9.20)1.51=1814取高温系数0.78则实际燃烧温度Tp0.7818141414.9 ，比需要的温度1230高出184.9,这符合利于快速烧成的要求，能保证产品达到烧熟的目的。8 物料平衡计算每小时烧成制品的质量 Gm根据日产量可知每小时烧成成品面积为：12000/24=500则每小时烧成制品质量Gm5008/（0.60.6）0.95 11695.9Kg/h每小时烧成干坯的质量 Ggp,取烧成灼减为4.85%Ggp Gm100/(100-4.85)11695.9100/(100-4.85) 12292.1(Kg/h)每小时欲烧成湿坯的质量 Gsp (w-含水率)GspGgp100/(100-w)12292.1100/(100-1)12416.3(Kg/h)每小时蒸发自由水的质量 GzsGzsGsp-Ggp12416.3-12292.1124.2(Kg/h)每小时从精坯中产生CO2的质量 GCO2每小时从精坯中引入的CaO质量GCaO和MgO质量GMgO的计算GCaOGgpCaO%12292.12.3%282.71(Kg/h)GMgOGgpMgO%12292.12.65%325.74(Kg/h)每小时产生CO2的质量GCO2(GCaOMCO2/ MCaO)+( GMgOMCO2/MMgO)(282.7144/56)+(325.7444/40)580.4(Kg/h)每小时从精坯中分解出的结构水的质量 GipGipGgp5%- GCO212292.15%-580.434.2(Kg/h)9 热平衡计算热平衡计算包括预热带、烧成带热平衡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，哪项热耗最大，能否采取改进措施。9.1 预热带和烧成带的热平衡计算9.1.1 热平衡计算基准与围计算基准：（时间基准：1h；温度基准： 0）9.1.2热平衡示意图热平衡示意框图如图61：图91 预热带和烧成带热平衡示意图Q1坯体带入显热 Qa助燃空气带入显热Qa漏入空气带入显热： Qf燃料带入化学热与显热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9.1.3 热收入项目(1) 制品带入显热Q1（KJ/h）Q1Gspc1t1其中：Gsp湿制品质量(Kg/h) c1制品的比热 t1制品的温度据物料平衡计算中可知Gsp12416.3(Kg/h)；又因为预热带从第1节开始, 此时第1节的温度t120；C1随各地原料成分与配方的不同而变化,一般在0.841.26 KJ/( m3)围此时c10.84+2610-520，则Q1Gspc1t112416.320（0.84+262010-5）=209885.1(KJ/h)(2)燃料带入化学热与显热QfQfX（Qd+cftf）其中 X每小时消耗的燃料量m3/h Qd燃料的热值KJ/hcf20时的比热KJ/ m3tf天然气的温度查燃料与燃烧表5-2可知cf1.38KJ/( m3)已知Qd34673KJ/M3，tf20QfX(Qd+ cf ff)X（34673+1.3820）34700.6X(KJ/h)(3) 助燃空气带入显热Qa (KJ/h)由于所选用的高速调温烧觜可知，助燃空气为一次空气ta20，燃料燃烧所需空气量为：Va10.12XBm3/Bm3，取预热带中末段空气过剩系数1.2，查得在20时空气的比热为ca1.30KJ/m3故QaVa cata10.12X201.30263.12X(KJ/h)(4) 预热带漏入空气带入显热Qa(KJ/h)取预热带空气过剩系数g2.0，漏入空气温度ta20，ca1.30 KJ/( m3) 漏入空气总量为Va X（g-）L0,其中 L0 9.2VaX（2.0-1.1）9.2=9.108XQa Vacata9.108X1.3020215.3X(KJ/h)9.1.4 热支出项目(1) 产品带出显热Qg（KJ/h）烧成产品质量Gm= Ggp（100-5.82）%=12292.1（100-4.85）%=11695.9（KJ/h）制品出烧成带产品温度T21230查表可知：产品平均比热为：c20.84+2610-512301.1598 KJ/Kg则Q2GmC2T211695.9 1.1598 1230 16684832.93（KJ/h）(2) 烟气带走显热Qg（KJ/h）每小时离窑烟气量：VgVg0+（g-）Va0X（11.12+8.28）X(m3/h)烟气离窑温度一般可取tg200，查表得此时烟气的平均比热为：cf1.38KJ/m3则Qg Vg cf tg18.48X1.382005100.5X（KJ/h）(3) 物化反应耗热Q4（KJ/h）不考虑制品所含之结构水，自由水质量：Gw124.2Kg/h烟气离窑温度：Tg200，a自由水蒸发吸热 QwGw（2490+1.93Tg）124.2（2490+1.93*200）343785.6（KJ/h）b其余物化反应热Qr用AL2O3反应热,近似代替物化反应热,入窑干制品质量Gg=12292.1(Kg/h)AL2O3含量为16.27%,所以Qr=Gg2100AL2O3%=12292.1210016.27%=4199841.8(KJ/h)c总的物化反应耗热Q4Qw+ Qr4543627.4（KJ/h）(4) 窑体散热损失Q3 根据材料应用不同，将计算分段第118节：20400，窑壁平均温度210，窑外壁表面平均温度20a)窑顶热流q= 247.6374(w/m2)窑顶散热面积A顶=(2.5+2.5+0.252)/22.118=103.95m2Q顶 247.6374130.23.6=91934.6（KJ/h）b)窑墙热流 q=303.0448w/m2一侧窑墙散热面积A墙=(