景德镇陶瓷学院《窑炉课程设计》说明书题目：日产20000件笔筒天然气隧道窑设计学号：姓名：院（系）：专业：指导教师：二○一○年六月二十三日目录前言 (3)一、设计任务书 (3)二、窑体主要尺寸的确定 (4)2.1窑车长、宽的确定 (4)2.2确定窑截面的尺寸 (4)2.3窑车侧墙高（窑车装载面至拱脚） (5)2.4窑内高（窑车装载面至拱顶） (5)2.5窑长及各带长 (5)三、烧成制度的确定 (6)四、工作系统的确定 (6)4.1 排烟系统 (6)4.2 窑头封闭气幕 (7)4.3 燃烧室 (7)4.4 气氛幕 (7)4.5 冷却系统 (7)4.6 窑体的附属结构 (7)五、燃烧系统计算 (7)5.1 空气量、烟气量的计算 (7)5.2 燃烧温度计算 (8)六、物料平衡计算 (9)6.1 每小时烧成制品的质量Gm (9)6.2 每小时烧成干坯的质量 (9)6.3 入窑湿坯的质量 (9)6.4 每小时蒸发的自由水量 (9)6.5 每小时从精坯中产生的C O2质量G CO2 (9)6.6 每小时从精坯中分解出结构水的质量 (9)七、窑体材料的选择 (9)八、热平衡计算 (10)8.1 预热带及烧成带的热平衡计算 (10)8.2 冷却带热平衡 (23)九、烧嘴的设计和选用 (30)十、参考文献 (30)前言隧道窑是目前陶瓷工厂使用最广泛的现代连续式窑炉。
它具有产量高，燃烧消耗低，劳动条件好，易实现机械化，自动化等优点。
隧道窑有多种分类方法，按照火焰是否进入隧道窑来分，可分为明焰隧道窑，隔焰隧道窑，法隔焰隧道窑三种。
明焰隧道窑的特点是火焰直接进入隧道，隔焰隧道窑的特点主要是在火焰和制品间有隔焰板，火焰加热隔焰板，隔焰板再将热辐射给制品。
半隔焰窑的特点是隔焰板上开有孔口，让部分燃烧产物与制品接触，或只有烧成带隔焰，顶热带明焰。
隧道窑作为一种热工设备，对设计的基本要求是满足生产工艺的要求，产品质量优，产量高，能耗低便于操作。
本次窑炉设计的主要内容包括：窑体主要尺寸的计算、烧成制度的确定、工作系统的确定、燃料燃烧计算、窑体材料及厚度的确定、热平衡计算、通风阻力的计算及烧嘴的设计应用等。
一、设计任务书日产20000件笔筒天然气隧道窑设计①坯料组成（%）：SiO2Al2O3CaO MgO Fe2O3K2O Na2O I.L73.2 17.15 0.35 0.45 1.0 1.2 1.75 4.9②产品尺寸：Φ200×160 ，产品质量2.8公斤/件；③入窑水分：＜1%④产品合格率：95%⑤烧成制度：烧成周期：15小时；最高烧成温度：1210℃（温度曲线自定）⑥窑具：SiC棚板：规格450×450×100mm支柱长×宽×高：20×20×200mm；密度均为2700Kg/m3⑦燃料：发生炉煤气天然气CO H2CH4C2H4 H2S CO2N2O2 Q net(MJ/Nm3)0.2 0.2 95.6 3.5 0.3 0.1 0.1 0.1 41.58⑧夏天最高气温：37℃二、窑体主要尺寸的确定2.1窑车长、宽的确定坯体规格：Φ200×160 mm棚板尺寸自定为：规格450×450×10 mm支柱长×宽×高：20×20×200mm密度均为2700Kg/m3装车方法的确定：装车方法图如图示，在窑车的长度方向上设计4块棚板，棚板之间的间距为40mm,与窑车的边距为40mm；宽度方向设计3块棚板，棚板之间的间距为40mm,与窑车的边距为40mm。
即有12块棚板，每块棚板摆放4个花瓶。
每层窑车装载制品数为48件。
在窑车的高度方向装4层，所以每车装制品数为192件。
由此确定窑车车面尺寸为：窑车长L=450×4+40×5=2000mm=2m窑车宽D=450×3+40×4=1500mm=1.5m2.2确定窑截面的尺寸为了更好的传热及避免窑车和窑墙碰撞，在预热带和冷却带，窑车与窑墙间距设为50mm，则预热带和冷却带窑内宽为1500+50×2=1600mm，为改善传热，烧成带窑车与窑墙间距加宽为1000mm，则烧成带内宽为1500+100×2=1700mm=1.7m。
拱心角取60°，则：预热带、冷却带拱高 F1=0.134×1600=215mm烧成带拱高 F 2=0.134×1700=230mm2.3窑车侧墙高（窑车装载面至拱脚）入窑制品的高度为160mm ，棚板的厚度为10mm, 窑车的高度方向装4层，层间隙为200mm 支柱长，总高为（200+10）×3+160=800mm ，预热带、冷却带制品与窑顶之间留67mm 空隙，为改善传热，烧成带制品与窑顶之间留117mm 空隙. 则：预热、冷却带窑车侧墙高= 800+67=867mm烧成带车面上窑车侧墙高= 800+117=917mm2.4窑内高（窑车装载面至拱顶）预热带、冷却带窑内高 =867+215=1082mm 烧成带窑内高=917+230=1147mm车架高275mm 窑车衬面高铝砖厚250mm ，轻质粘土砖厚135mm 轨面至窑车衬砖面高660mm ，为了避免火焰直接冲刷制品，在车面与棚板间留200mm 的火道（由40mm 厚耐火粘土板及耐火粘土砖柱组成）。
侧墙总高（轨面至拱脚）为：预热带和冷却带高=867+660+200+40=1767mm烧成带高=917+660+200+40=1817mm2.5窑长及各带长2.5.1窑长的确定⨯⨯⨯生产任务（件/年）烧成时间（h)年工作日（日/年）24（h/日）窑长L=成品率装窑密度（件/m 窑长）=20000÷24×15÷0.95÷(192÷2) =137m则：窑长L=137m,窑车长2.0m故窑内容车数为：n=137÷2=68.5，取68辆 则窑车有效长为68×2=136m2.5.2各带长度的确定预热带长=（预热时间×总长）/总烧成时间=（5×136）÷15=45.3m 烧成带长=（烧成时间×总长）/总烧成时间=（3×136）÷15=27.2m 冷却带长=（冷却时间×总长）/总烧成时间=（7×136）÷15=63.5m 设进车室3m,出车室3m,则窑总长为136+3+3=142 m2.5.3窑车窑内容车数68辆，根据生产经验，设定窑内1/3的窑车数为后备车，故需窑车为：68+68×（1/3）=90.36，取90辆推车时间： 15×60/68=13.24min/车小时推车数： 60/13.24=4.53车/小时三、烧成制度的确定根据制品的化学组成、形状、尺寸、及其他一些性能要求，制订烧成制度如下：预热带20℃——200℃排除残余水分200℃——500℃排除结构水 2小时500℃——800℃晶型转化800℃-1050℃还原阶段 3小时烧成带1050℃-1210℃烧结阶段 2小时1210℃-1210 烧结阶段保温 1小时冷却带1210℃-800℃急冷阶段 2小时800℃-400℃缓冷阶段 4小时400℃-80℃鼓风冷却阶段 1小时四、工作系统的确定4.1 排烟系统在预热带2-16号车位设15对排烟口，每个车位一对交叉排列，烟气通过各排烟口到窑墙内的水平烟道由8号车位的垂直烟道经窑顶的金属管道至排烟机然后由铁皮烟囱排出至大气。
排烟机与铁皮烟囱皆设于预热带窑顶的平台上。
1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧墙皆开孔，狭缝式，气体喷出方向与窑火气流成90°角。
5号和11号车位为扰动气幕，气体由窑顶喷出，方向与窑内气流方向成150°角。
用作气幕的气体从冷却带的间接冷却部位经排烟机抽出。
4.2 燃烧系统在烧成带24—36号车位，设12对燃烧室，不等间距分布，在两侧相对排列，采用高速调温烧嘴，助燃空气不预热直接抽取车间空气，采用环形供风方式，使各烧嘴前压力基本相同。
在预热带的窑顶每两个车位设置一个高速调温烧嘴，起到搅动作用。
燃烧室下端与窑车衬面齐平。
4.3 冷却系统在冷却带38号—42号车位处，设有10m长的急冷段，采用直接冷却法，即用冷缺喷风管直接由窑顶和侧墙喷入冷风进行冷却。
在缓冷段，从37号车位至42号车位中间每车位一对共5对抽风口。
热风抽出口的位置靠近窑车台面处。
在缓冷段，也采用直接冷却法，即用冷缺喷风管直接由窑顶和侧墙喷入冷风进行冷却。
4.4 传动系统由窑车连续性传动，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 事故处理孔烧成带前后，即22号和38号车位处设两对事故处理孔，孔下面应与窑底面平齐，以便于清除落在窑底上的碎片。
事故处理孔尺寸为：宽500mm，高1200mm。
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，必须留设膨胀缝。
分别在4、9、15、21、27、32、38、44、49、55、61、66号车位设置20mm的膨胀缝。
五、燃烧系统计算5.1 空气量、烟气量的计算选用材料为天然气1.理论空气量：Qnet=41.58MJ/Nm3V a o=0.26×Q net/1000-0.25=0.26*41.58-0.25=10.56 Nm3/Nm3实际空气量：V a=a V a o取空气过剩系数a=1.05，则实际空气需要量：V a =1.05×10.56=11.088 Nm³/Nm³理论烟气量：V o=0.272×Q net/1000+0.25=0.26*41.58+0.25=11.56Nm3/Nm3实际烟气量：V= V o+(a-1) V a o=11.56+(1.05-1.00)*11.088=12.1144Nm3/Nm35.2 燃烧温度计算①燃烧低位发热量:Qnet=41.58MJ/Nm3②理论燃烧温度t th设空气温度：t a=20℃，查表得；空气的比热为:C a=1.30 kJ/Nm3.℃天然气温度：t f=20℃，C f=1.55 kJ/Nm3.℃V a=11.088(Nm3/ Nm3)t th=Q D+V a C a t a+C f t f/VC=(41.58x1000+11.088x1.3x20+1.55x20)/12.1144C设t th=2000℃ C=1.66 kJ/Nm3.℃,则:理论燃烧温度t=(41.58x1000+11.088x1.3x20+1.55x20)/12.1144x1.66=2083℃（2083-2000）/2000x100%=4.15%小于5%，所设合理。