年产610万件天然气隧道窑窑炉设计

景德镇陶瓷学院

《窑炉课程设计》说明书

年产610万件汤盘燃液化气隧道窑设计

学 号： 201110210307 姓 名： 李冠 院 （系）： 材料学院 专 业： 11无非2班 指导教师： 周露亮

二○一四年 六月二十日

目录

1 前言····························································1 2 设计任务书······················································2 3 烧成制度的确定（主要指温度制度）·································3 4 窑体主要尺寸的确定··············································4 4.1 窑内宽的确定················································4 4.2 窑体长度的确定··············································5 4.3 窑内高的确定· ·············································5 5 工作系统的确定··················································6 5.1 预热带系统···················································7 5.2 烧成带系统···················································7 5.3 冷却带系统···················································7 5.4 窑体附属结构················································7 5.4.1 事故处理孔·············································7 5.4.2 测温测压孔及观察孔·····································7 5.4.3 膨胀缝·················································7 6 燃料燃烧计算····················································7 6.1 空气量······················································8 6.2 烟气量······················································9 6.3 燃烧温度····················································9 7 窑体材料及厚度的确定：列表表示全窑所用材料及厚度················9 8 热平衡计算······················································10 8.1 物料平衡计算················································10 8.2 预热带及烧成带热平衡计算····································10 8.2.1 热平衡框图·············································12 8.2.2 热收入项目·············································13 8.2.3 热支出项目·············································15 8.2.4 列出热平衡方程式·······································17 8.2.5 列出预热带烧成带热平衡表·······························15 8.3 冷却带的热平衡··············································16 8.3.1 热平衡框图··············································17 8.3.2 热收入项目··············································18

8.3.3 热支出项目··············································19

8.3.4 列热平衡方程式··········································19

8.3.5 列出预冷却带热平衡表····································19 9 烧嘴的选用·······················································19 9.1 每个烧嘴所需的燃烧能力······································20 9.2 每个烧嘴所需的油（气）压···································· 20 9.3 烧嘴的选用··················································20 10 参考文献·························································20

1．前言

自古与来，陶瓷就与人们的生活密不可分。进入现代社会，陶瓷工业在人民生产、生活中占有了更加重要的地位。陶瓷工业的发展与窑炉的改革密切相关，窑炉是陶瓷工业生产中最重要的工艺设备之一，对陶瓷产品的产量、质量以及成本起着关键性的作用。

隧道窑是当前陶瓷工业中优质、高产、低消耗的先进窑炉，在我国已得到越来越广泛的应用。隧道窑是现代化的连续式烧成的热工设备，其主体为一条类似铁路隧道的长通道。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筑的窑顶，下部为由沿窑内轨道移动的窑车构成的窑底。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，便于更好的节约燃料，降低能量消耗。

性能良好的窑炉必须能满足烧成制品的烧成要求，生产出符合质量要求的产品。其中烧成温度、烧成气氛等因素对产品质量产生决定性的影响。所以，实现窑炉对这些因素的灵活控制与保证稳定性就成为了窑炉首要的设计目标。其次要实现效率高，能耗少、自动化程度高、污染小等特点。

本窑炉设计任务为年产610万件汤盘液化气隧道窑，采用轻质耐火保温材料，高速调温烧嘴，对余热进行集中利用，产品能耗较低，实现了自动化控制，连续式生产，大大提高了生产效率。符合大量生产的要求。在设计过程中，我努力消化吸收并应用硅酸盐工业热工基础以及陶瓷工业窑炉的知识，结合本学期前往潮州工厂实习所观察学习到的经验与体会，通过两周的努力设计，也算基本完成了本次课程要求的设计任务。独立思考、计算、校验设计数据的过程艰难且要求极大的细心和耐心，使我深刻熟悉了窑炉设计相关知识的同时磨练了意志品质，更使我对窑炉设计及施工过程有了更深的认识。对我来说，试一次印象深刻受益匪浅的课程设计。

1

2．设计任务书

1.1设计任务

年产610万件汤盘液化气隧道窑设计 一、原始数据 （一）汤盘

1.汤盘坯料组成（%）

SiO2 69.20 Al2O3 19.96 CaO 0.87 MgO 0.49 Fe2O3 0.88 K2O+Na2O 3.12 I.L 5.48 6.产品规格：9英寸，0.37kg/块 7.最高烧成温度1300℃ 8..入窑水分：〈3% 9.烧成曲线：自定 10.烧成周期：16小时

11.气氛： 常温-1050℃ 氧化气氛 1050-1200℃ 还原气氛 1200-1300℃ 中性气氛 （二）燃料 液化气 百分比

（三）夏天最高气温：39℃

H2 10 CH4 6 C2H6 5 C2H4 16 C3H8 15 C3H6 15 C4H10 2 C4H8 8 C5H12 10 C5H10 13 Qnet(MJ/Nm) 110 32

3．烧成制度的确定

3.1 温度制度的确定

位置 预热带 温度（C） 时间（h） 20-300 300-600 600-900 烧成带 900-1050 1050-1200 1200-1300 1300-1300 冷却带 1300-800 800-400 400-50 \\

3.2 烧成温度曲线

1.8 1.9 1.2 1.4 1.1 1.1 0.9 1.8 2.5 1.8 0烧成阶段 预热带 预热带 预热带 烧成带（氧化） 烧成带（还原） 烧成带（中性） 烧成带（保温） 冷却带（急冷） 冷却带（缓冷） 冷却带（快冷） 升（降）温速率（C/h） 155 157 250 107 136 91 0 277 160 195 0

3

4.窑体主要尺寸的计算

现代隧道窑都属于明焰烧成。采用高速烧嘴能保证宽体窑炉水平温度均匀。结合装载制品9英寸汤盘的重量大小，选定全耐火纤维不承重型结构窑车：棚板、支柱均为碳化硅材料，以降低蓄散热损失，考虑到全窑最高烧成温度为1300C，故碳化硅材料选用SiC 50%，体积密度 2.2g/cm，最高使用温度 1400C，导热系数计算式 5.23-1.28×10t。

选用棚板与支柱参数如下：

棚板规格：长×宽×高: 310×310×10（mm） 棚板质量=310×310×10×10×2.2==2114.2（g） 支柱规格：底面半径×高: 25×100（mm）

支柱质量=25×25×3.14×100×10×2.2=431.75（g） 4.1 窑内宽的确定 4.1.1汤盘规格

9英寸，9英寸=22.86cm=228.6mm，370g/每块，坯体高度定为20mm。考虑烧成收缩为10%，则: 坯体直径尺寸=产品尺寸÷（1-烧成收缩）=228.6÷（1-0.1)=254（mm），坯体高度尺寸=产品尺寸÷（1-烧成收缩）=20÷（1-0.1)=22.22（mm） 3.1.2汤盘码放方法

采用窑车上设置棚板并8层码放，每块棚板放置一个汤盘坯体。棚板设置规格为：7×4（其中7表示行数，4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4个支柱。上下层棚板间距由支柱高度决定，为100mm。 4.1.3 窑车尺寸确定

车长=310×7+10×6+15×2=2260mm 车宽=310×4+10×3+15×2=1300mm

窑车架高220mm，窑车衬面边缘用四层的轻质砖共4×65+4×2=268mm，在窑车的中部填充硅酸铝纤维折叠棉块上铺1层含锆纤维毡。 窑车总高为：220+268=488mm 4.1.4 窑内宽的确定

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10~30mm，本设计中取用15mm，则热窑内宽:

B=1300+30×2=1360mm 4.2窑长的尺寸确定

窑车每层装载制品数为7×4=28件，共7层,故每车装载制品数为28×7=196件，干制品质量370g，则每车装制品质量为370g×196=72.52kg

装窑密度g=每车装载件数/车长=196/2.26m=86.72件/m窑长

-6

-6

0

-3

0

3

4

4G??610?10?1624Dy L??24?330=149.58m

K?g0.95?86.72G—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=149.58/2.26=66.18辆，取整数67辆 此时窑长=67×2.26m=151.4m。

该窑采用钢架结构，装配式建造，每节之间留有10mm间隙。则选用节数151.4÷2.01=75.3节，取76节。最终实际窑长76×2.01-0.01=152.75米。

根据烧成曲线，各带烧成时间与烧成周期的比值，预热带取23节，烧成带取20节，冷却带取32节，则各带长及所占比例为：

预热带长=2×23=46m 占总长的30.2% 烧成带长=2×20=40m 占总长的26.3% 冷却带长=2×32=64m 占总长的42.1%

隔断温度划分与运行时间极其升降速率如下表所示。 位置 预热带 温度（C） 单元节 20-300 300-600 600-900 烧成带 900-1050 1-8 9-17 18-23 24-30 1.8 1.9 1.2 1.4 1.1 1.1 0.9 1.8 2.5 1.8 预热带 预热带 预热带 烧成带（氧化） 烧成带（还原） 烧成带（中性） 烧成带（中性） 冷却带（急冷） 冷却带（缓冷） 冷却带（快冷） 0时间（h） 烧成阶段 升（降）温速率（C/h） 155 157 250 107 136 91 0 277 160 195 01050-1200 31-35 1200-1300 36-40 1300-1300 41-44 冷却带 1300-800 800-400 400-50 4.3窑内高的确定

45-53 54-65 66-76 为避免烧嘴喷出的高速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（大于或等于烧嘴砖尺寸）：棚板下部通道取230mm，上部火焰通道取240mm。

5

所以窑内高初定为：230+7×10+6×100+240=1140mm

具体高度确定耐火砖尺寸厚度有关，通常耐火砖厚度取65mm，所以高度方向上耐火砖块数=1140/65=17.53，取18块，则高度为：

18×65=1170mm，灰缝：18×2=36mm， 预热带、冷却带窑内高：1170+36=1206mm，

烧成带内高增大一块标准砖的宽度134mm，内高=1206+134=1340mm

全窑高(轨面至窑顶外表面）：在内高的基础上加上窑车高、窑顶厚度，预热带、冷却带为1206+488+350=2044mm，烧成带为1340+488+450=2278mm。

5．工作系统的确定

5.1预热带工作系统的设置

预热带共23节。第1-8节为排烟段。第1节两侧墙设置一道气幕，喷入由冷却带抽来的热风。后半节上部和下部各设一对排烟口。在2至8节下部设置2处排烟口。其中第二节上部也设一排烟口，目的是使窑头气流压力自平衡，以减少窑外冷风和向内侵入。

为方便调节预热带温度，在第9-17节上部设置喷风管，每节设2根，两侧墙的喷风管成交错布置，这样有利于调节该段温度制度，也能有效搅拌预热带断面气流，达到减小预热带上下温差的目的。

为提高预热带后段下部制品温度，进一步缩小预热带后段的上下温差，在18-23节下部设置高速调温烧嘴，每节设2只，高度就设在窑车棚板的下部通道上，两侧墙则交错布置，设置与喷风管设置相似。

5.2 烧成带工作系统布置

第24-44节为烧成带，第24、25、26节与预热带一样，仅在下部设置2只烧嘴。第27至30节每节上部设置2只烧嘴，下部设置3只。从第31节开始，进入还原烧成气氛，每节上下均布有高速烧嘴，上部设置2只，下部设置3只，上下两侧墙均呈交错布置，这样有利于烧成带温度制度的调节。每节上方均增设两个喷风管，与上方烧嘴交错设置用以增大进气量，维持氧化气氛。 第30节与第31节是氧化带与还原带交界的区域，在第31节设置一气氛气幕，用以隔绝氧化带与还原带的空气交换，避免免影响气氛。32到35节烧嘴设置与之前相同，但是取消喷风管，符合维持还原气氛的需要。36节以后烧嘴设置32到35节相同，每节增加一对喷风管。 5.3 冷却带工作系统布置

冷却带按照烧成工艺分成三段：

第45-53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45节）只在后半节设冷风喷管（尺寸?67）（上设2对，下设2对）外，其余每节上部设4对冷风喷管，下部设4对冷风喷管，上下喷管交错设置。在50-53节两侧窑墙下部各设置2对抽热风口.

6

第54-65节为缓冷段。第54节到65节的侧墙设置三段段间冷壁，每两节作一段。间冷壁设有调节闸板，可根据需要调节抽热风量。每节上部设置一对抽热风口。

第66-76节为快冷段。为加强出窑前的快速冷却，在该段66-74节布置冷风喷管，直接鼓人冷风，每节6对——上部3对，下部3对。最后两节采用不设窑墙，以不锈钢板作设计成整体抽热风罩。该段抽出的热风由快冷段直接抽热风机系统抽出。 5.4 窑体附属结构 5.4.1 测温孔及观察孔

测温孔及观察孔在烧成曲线的关键处设置测温孔，低温段稀疏布置，高温处密集布置，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。 5.4.2 测压孔

窑炉的压力控制中零压面的位置控制尤为重要，一般控制在预热带和烧成带交接面附近。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。本窑炉设计中，不专门设置测压孔，以观察孔代替。 5.4.3 膨胀缝

窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，因此在窑墙、窑顶及窑底砌体间要留设膨胀缝以避免砌体的开裂或挤坏。本设计窑体采用装配式，每节之间留10mm的膨胀缝，内填矿渣棉。各层砖的膨胀缝要错缝留设。

6. 燃料燃烧计算

所用燃料为液化气，其组分如下表所示： 液化气 百分比 H2 10 CH4 6 C2H6 5 C2H4 16 C3H8 15 C3H6 15 C4H10 2 C4H8 8 C5H12 10 C5H10 13 Qnet(MJ/Nm) 110 36.1 空气量

在已知燃料组成的情况下，可根据《硅酸盐热工基础》中相关的燃烧反应式列表计算的方法，较为精确地求出燃料燃烧所需的空气量、生产烟气量及烟气组成。1m液化气燃烧的理论空气需要量L0为：

3

1m3?1??233L=4.76CO?H?(n?)CH?HS?O?10(m/m) 0?2nm22??242?2?将数值代入公式得Lo=22.06（Nm/Nm）取空气过剩系数为α=1.2，则实际需要空气量：

33V?=α×L0=1.2×22.06=26.472(Nm/Nm)

33

7

6.2烟气量

烟气量根据《硅酸盐热工基础》知识用公式计算得，理论燃烧产物生产量V0为：

m??1V0??CO?H2??(n?)CnHm?2H2S?CO2+N2+H2?H2O???0.79L0

2??100 将数值代入公式得V0=23.767(Nm/Nm),实际燃烧产物生产量Vn为：

33m21??1Vn??CO?H2??(n?)CnHm?2H2S?CO2+N2+H2?H2O???(n?)L0?0.00124gLn

2100??100 将数值代入公式得Vg=28.179（Nm/Nm） 6.3 燃烧温度

理论燃烧温度计算公式：tth?33Qd?crtr?cataLa

Vgcg3式中 cr、ca、cg—燃料、空气及烟气的比热容，kJ/(Nm?℃）；

33 La—一定空气消耗系数(?)下的单位燃料空气消耗量，Nm/Nm，La=?L0；

33 Vg—一定空气消耗系数下单位燃料燃烧生成的烟气量，Nm/Nm；

tr、ta—燃料及空气的预热温度，℃。

取室温20℃，此时空气比热为1.30kJ/(Nm?℃） 液化石油气比热为3.91kJ/(Nm?℃）；

查表（燃料及燃烧表5-2）并初设烟气温度为1800℃，此时烟气比热为： cg=1.67kJ/(Nm?℃）。 代入上述公式得到：tth?333110000?20?3.91?1.3?20?26.472?2184.56℃

28.179?1.8（2184.56-2100）/2100=4.03%<5%,所设温度合适。 取高温系数为0.8，则实际温度为：

t=0.8×2100=1680℃，比最高温度1300℃高出380℃， 符合烧成需求，认为合理。

7．窑体材料及厚度的选择

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：

8

节位置（温度段） 排烟段（1-8） （20-300℃） 预热段（9-23） （300-900℃） 窑墙 材质 硅藻土砖 轻质粘 土砖 矿渣棉 轻质高 铝砖 含铬耐火纤维毡 陶瓷棉 轻质高 铝砖 含铬耐火纤维毡 陶瓷棉 轻质粘 土砖 矿渣棉 厚度该段厚度（mm） （mm） 400 350 400 50 350 50 50 350 50 50 350 400 50 轻质粘土 吊顶砖 普通硅酸铝耐火纤维板 轻质粘土 吊顶砖 不锈钢板 450 轻质粘土吊顶砖 450 400 材质 轻质粘 土吊顶砖 轻质粘土 吊顶砖 普通硅酸铝耐火纤维板 轻质高铝 吊顶砖 普通硅酸铝耐火纤维板 窑顶 厚度（mm） 350 250 100 350 450 100 该段厚度（mm） 350 350 烧成段（24-44） （900-1300℃） 急冷段（45-53） （1300-800℃） 缓冷段（54-70） （800-400℃） 350 350 250 350 100 快冷段（71-74） （400-200℃） 尾冷段（75-76） （200-80℃） 轻质粘土砖 250 250 250 250 不锈钢板 2 2 2 2

9

8.热平衡计算

8．1物料平衡计算

坯体成分组成如下表：

SiO2 69.20 Al2O3 19.96 CaO 0.87 MgO 0.49 Fe2O3 0.88 K2O+Na2O 3.12 I.L 5.48

(1) 每小时烧成制品的质量Gm

成品每件质量370g，则每车制品质量为370g×196=72.52kg ，推车速度=67车/16h=4.1875车/时。

Gm=推车速度×每车载重=4.1875×72.52=303.6775（ kg/h）。 (2) 每小时入窑干坯的质量Gg Gg= Gm·

100100=303.6775××=321.28kg/h

100?5.48100?IL(3) 每小时入窑湿坯的质量Gs

Gs= Gg·

100100=321.28×=330.54kg/h （含水量为2.8%）

100?2.8100??(4) 每小时蒸发的自由水量Gz Gz= Gs-Gg =330.54－321.28=9.26kg/h (5) 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=310×310×10×10-6×2.2=2.11 kg 单个支柱质量=25×25×3.14×100×10-6×2.2=0.43 kg 棚板总重量=7×28×2.11=413.56 kg 支柱总重量=28×4×6×0.43=288.96 kg

窑具的质量Gb=(413.56+288.96)×4.1875=2941.8 kg/h 8.2预热带及烧成带热平衡计算

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。 8.2.1 热平衡框图

10

图8-2-1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—棚板板、支柱等窑具带入显热； Q3—产品带出显热； Q4—棚板板、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；

Qf—燃料带入化学热及显热； Qg—烟气带走显热；

Qa—助燃空气带入显热； Qa—预热带漏入空气带入显热； Qg—气幕、搅拌风带入显热； 8.1.2热收入项目 ① 坯体带入显热Q1

由物料平衡计算可知入窑湿基制品质量Gs=330.54kg/h ， Q1=Gs?c1?t1 （kJ/h）

其中：Gs—入窑湿基制品质量（Kg/h）

t1—入窑制品的温度（℃）；t1=20℃

c1—入窑制品的平均比热（KJ/（Kg·℃））；c1=0.86KJ/（Kg·℃）；

?11

?Q1=330.54×0.86×20=5685.288（kJ/h） ② 棚板及支柱带入的显热Q2

Q2?Gbt2c2

其中：Gb—入窑硼板、支柱等窑具质量（Kg/h）；Gb=2941.8 kg/h；

t2—入窑硼板、支柱等窑具的温度（℃）；T2=20℃

c2—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

c2=0.963+0.146?10t=0.963+0.000146×20=0.966KJ/（Kg·℃） Q2=2941.8×0.966×20=45569.70（kJ/h） ③ 燃料带入化学热及显热Qf

Qf=（Qd+tfcf）x （kJ/h）

其中：燃料为液化气，低位发热量为：Qd=110000KJ/m；

3

?3 tf—入窑燃料温度（℃）；入窑液化气温度为tf=20℃； cf—入窑燃料的平均比热，kJ/(Nm?℃）； tf=20℃时液化石油气比热为cf=3.91kJ/(Nm?℃）；

x—每小时液化石油气的消耗量为；Nm/h；

Qf=（Qd+tfcf）x=（110000+20×3.91)x=110078.2x kJ/h ④ 助燃空气带入显热Qa

全部助燃空气作为一次空气，燃料燃烧所需空气量 V?=?L0x=1.2×22.06x=26.472x Qa??Locata?=V?cata ca—助燃空气的比热； ta—助燃空气的温度：

取助燃空气温度为20℃，此时空气的比热为：ca =1.30 kJ/(m?℃)； Qa=26.472×1.30×20x=688.272x （kJ/h）

33

33? ⑤ 从预热带不严密处漏入空气带入显热Qa?ta?x) ?= ((?g??)L0caQa 其中：?g—离窑烟气中的空气过剩系数取2.5

?、ca?—漏入空气与喷入风的比热与温度，分别取20℃，1.30kJ/(m3?℃) ta?=（2.5-1.2）×22.06×1.30×20x=745.628x （kJ/h） Qa⑥ 气幕、搅拌风带入显热Qg

气幕包括封闭气幕和搅拌气幕，封闭气幕只设在窑头，不计其带入显热。取 搅拌气幕风源为空气，其风量一般为理论助燃空气量的0.5-1.0倍，取为0.75倍。 Qg=0.75×22.06×1.30×20x=430.2x（kJ/h） 8.1.4 热支出项目

12

① 产品带出显热Q3

Q3?Gmc3t3 （kJ/h）

其中：Gm—出烧成带产品质量，在物料平衡计算中已得Gm=303.6775kg/h；

t3—出烧成带产品温度，为1300 ℃；此时产品平均比热 c3=1.20 kJ/(kg? ℃)

则：Q3=Gmc3t3=303.6775×1300×1.20=473736.9（kJ/h） ② 硼板、支柱等窑具带出显热Q4

Q4=Gbc4t4（kJ/h）

其中：棚板、支柱等质量：Gb= 2941.8kg/h

出烧成带棚板、支柱温度：t4=1300℃ 此时棚板、支柱的平均比热：

c4=0.84+0.000264t=0.84+0.000264×1300=1.183 kJ/(kg· ℃) Q4= 2941.8×1.183×1300=4524194.2（kJ/h） ③ 离窑废气带走显热

Qg

一般通过取离窑烟气中空气过剩系数?g=2.5，则其体积流量为： Vg?[Vg0?(?g??)L0]x= [28.179+(2.5-1.2) ×22.06]x=56.857x

为保证排烟机的安全使用，离窑烟气温度不应该超过300℃，取离窑烟气温度为200℃，此时烟气比热cg=1.440 kJ/( Nm·℃),

Qg＝Vg?cgtg＝56.857x×1.440×200=16374.816x（kJ/h） ④ 窑体散热量Q5

根据窑体砌筑材料的不同，将预热带和烧成带按不同材料与温度段将它们分成三段。 依据公式进行计算。

3

Q5=?N?n?1t1-ta?nkn+1F?

??Q5—窑墙、窑顶散热热流，W： t1 —窑体内平均表面温度，℃

?nkn—第n层材料的厚度，m

—第n层材料的平均导热系数W/(m·℃)

F?—窑体的散热面积，m

??—窑体的外表面综合放热系数W/(m·℃)

使用试差法进行计算。运算过程过于繁琐，此处省略。只列出各段窑体散热结果表，如下。

13

表8-1-4 各段窑体散热计算结果

热流量节位置 温度范围长度（m） 部分 散热面积 W/(m·℃） 窑墙 16 窑顶 窑墙 28 ℃ 40 ℃ 16 窑顶 窑墙 32 窑顶 窑墙 10 窑顶 13.6 1478.3 43.6 24 766.2 1256.4 21.8 76.8 992.6 496.7 窑顶 窑墙 56 43.2 1126.51 834.2 窑顶 窑墙 38.1 108 766.2 968.1 21.76 67.2 158.7 496.7 38.4 56.9 2184.96 3453.312 33378.24 29192.22 104554.8 63084.56 36037.44 21638.68 38146.56 33406.32 30153.6 20104.88 散热量（kJ/h) 排烟段20-300℃ （1-8） 预热段（9-23） 烧成段（24-44） 300-900900-13001300-800急冷段（45-53） ℃ 缓冷段（54-66） 快冷段 （67-76）

800-400℃ 400-50℃因此，预热带、烧成带窑体总散热为各段散热量之和，即

Q5=2184.96+3453.312+33378.24+29192.22+104554.8+63084=554314（KJ/h）

⑤ 窑车蓄热和散失热量Q6

取经验数据，占热收入的10%。 ⑥ 物化反应耗热Q7

<1>自由水蒸发吸热Qw

Qw= Gw×（2490+1.93×tg）

其中：入窑制品中自由水的质量 Gw=GS?Gg= 330.54－321.28=9.26kg/h 1.93—烟气离窑时温度下的水蒸气平均比热，kJ/kg

烟气离窑的温度tg=200℃。则可得：

Qw= 9.26×（2490+1.93×200）= 26631.76kJ/h

14

? <2>结构水脱水吸热Qw

?=6700Gw?（kJ/h） Qw

? —入窑制品所含结构水的质量，kg/h 其中：Gw

6700—1Kg结构水脱水所需热量，KJ/Kg

?=14.48kg/h 经过计算，算出Gw

?=6700Gw?=14.48×6700=97056（kJ/h） Qw

<3>其余物化反应吸热Qr 用Al2O3反应热近似代替 Qr=Gr×2100×Al2O3 %（KJ/h）

其中：Gr ——入窑干制品质量,kg/h；Gr=321.28 kg/h； 2100—— 1kg Al2O3的反应热，kJ/Kg；

Qr=Gr×2100×Al2O3%= 321.28×2100×19.65%=132790.77（kJ/h） 则物化反应总耗热为：

Q7= 26631.76+97056+132790.77=256478.53（kJ/h） ⑦ 其他热损失Q8

根据具体情况，可对比现有同类型的窑加以确定，一般占总热收入的5%—10%，本设计中取6%。 8.1.5 列出热平衡方程式

由热平衡方程——热收入=热支出，得出：

?+Qg=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q8 Q1+Q2+Qf+Qa+Qa即： 5658.288+45569.70+110078.2x+688.272x+745.628x+430.2x

= 473736.9+4524194.2+16374.816x+338539+0.1Q收＋256478.53＋0.06Q解得x=76m/h，即单位时间液化气消耗量为：B=76m/h。 回带入上式最终得热收入=热支出= kJ/h

由于单位时间产量为Gm=303.6775kg/h，液化气热值Qd=110000 kJ/ m,

3

3

3

收

则单位时间内产品热耗为：B ×QdGm=27529.2（kJ/ kg） 8.1.6 列出预热带和烧成带热平衡表

15

表8-1-2 预热带和烧成带热平衡表

热 收 入 项 目 坯体带入显5658.288 热 棚板、支柱 45569.70 带入显热 燃料化学 8365943.2 显热 助燃空气 52308 显热 漏入空 56667.7 气显热 气幕、搅拌 32695.2 风带入显热 总计

8.2冷却带的热平衡计算

8.2.1 确定热平衡计算的基准、范围

先确定计算基准：以0℃作为基准温度，1h为质量与热量的时间基准，画出热平衡示意图如下： 8.2.2 热平衡示意图

Q13Q3Q4Q11Q12Q9Q10热 支 出 （%） 0.066 项 目 产品带出显热 棚板、支柱带 0.53 出显热 窑墙、窑顶带 97.7 出显热 0.61 烟气带出显热 1244486.3 14.54 554314 6.4 4524194.2 52.8 (kJ/h) 473736.9 （%） 5.53 (kJ/h) 0.62 物化反应耗热 窑车带出显热与256478.53 2.99 0.38 其他热损失 100 总计 1505632 8558841 17.59 100 8558841.888

Q14Q15Q1616

图8-2-2 冷却带的热平衡示意图

其中： Q3—制品带入显热；

Q4—硼板、支柱等窑具带入显热；

Q9—窑车带入显热；

Q10—急冷风带入显热与冷却带末端送入冷却风带入显热； Q11—制品带出显热；

Q12—硼板、支柱等窑具带出显热； Q13—窑车蓄热、带出及散失之热； Q14—窑墙、顶总散热； Q15—抽走余热风带走热量； Q16—其他热损失；

8.2.3 热收入项目 ① 制品带入显热Q3

此项热量即为预热带、烧成带产品带出显热： Q3=473736.9（kJ/h） ② 硼板、支柱等窑具带入显热Q4

此项热量即为预热带和烧成带硼板、支柱带出显热： Q4=4524194.2（kJ/h）

③ 窑车带入显热Q9 此项热量可取预热带、烧成带窑车总积散热的95%，（其余5%已在预热带 和烧成带向车下散失）：

Q9=0.95×Q6=0.95×10%Q收=0.95×0.1×8558841=813089.895（kJ/h） ④ 急冷风与窑尾风带入显热Q10

设窑尾风风量为Vx，一般急冷风量为窑尾风量的0.25-0.5，本设计取急冷 风是窑尾风的0.5，则急冷风与窑尾风的总风量为：1.5Vx。 取空气温度ta=20℃，此时空气的比热为：ca =1.30 kJ/(m?℃)； Q10=Va×ca×ta=1.5Vx×1.30×20=39Vx（kJ/h） 8.2.4 热支出项目 ① 制品带出显热Q11

出窑产品质量Gm= 303.6775kg

出窑产品温度 t11=50℃， 产品比热 C11=0.896kJ/(kg·℃) Q11=Gm×C11×t11=303.6775×0.896×50=13604.75（kJ/h）

317

② 硼板、支柱等窑具带出显热Q12 出窑棚板、立柱质量Gb= 2941.8kg/h

出窑棚板、立柱温度t12=50℃， 棚板、立柱比热C12=0.861 kJ/（kg·℃） Q12= Gb× C12× t12=2941.8 ×0.861×50=126644.49（kJ/h） ③ 窑车带走和向车下散失之热Q13

此项热量一般可按窑车带入显热的55%计算， Q13=0.55×Q9=0.55×813089.895=447199.44（kJ/h） ④ 窑体散热Q14

根据窑体砌筑材料的不同，将冷却带按不同材料与温度段将它们分成三段，最终计算结果为：冷却带窑体总散热为各段散热量之和，计算过程过于繁琐，此处省略。结果见表8-1-4 即 ：Q14=36037.44+21638.68+38146.56+33406.32+30153.6+20104.88 =645723（KJ/h） ⑤ 抽走余热风带走热量Q15 Q15 = q15×Ca×ta

其中: q15—抽走余热风流量（m/h）；该窑不用冷却带热空气做二次空气，冷 却带鼓入风量全部用于气幕，体积为q15=1.5Vx Nm。漏出空气忽略不计。 设： T15———抽走余热风的平均温度（℃）；取T15=250℃ C15———抽走余热风的平均比热（KJ/（Kg·℃））；

查表T15=250℃时，热空气的平均比热为：C15=1.038 KJ/（Kg·℃） 则：Q15= q15×C15×t15=1.5Vx×250×1.038=389.25Vx （kJ/h） ⑥ 其他热损失Q16

取经验数据，占冷却带热收入的5%—10%，本次计算取8%。 8.2.5 列热平衡方程式

列出热平衡方程式 ：热收入=热支出， Q3+Q4+Q9+Q10=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15+Q16 即：473736.9+4524194.2+813089.895+39Vx

= 13604.75+126644.49+447199.44+645723+389.25Vx+0.06Q收 Vx =9650.42Nm/h

因此得窑尾风量为9650.42Nm/h 急冷风量为4825.21Nm/h

8.2.6 列出冷却带热平衡表

3

3

3

3

3

18

表8-2-6冷却带热平衡表

热 收 入 项 目 产品带 473736.9 入显热 棚板、支柱带入4524194.2 显热 窑车带入显热 急冷、窑尾 376366.4 风带入显热 抽热风带 走显热 合 计

6187387.3 100 其它散热 合 计 694990.9 6087386.78 12.2 100 3959224.2 69.6 6 窑体散热 645723 11.3 813089.895 13.14 失显热 73.11 带出显热 窑车带走和向下散247199.44 4.3 棚板、立柱 126644.49 2.2 7.6 产品带出显热 13604.75 0.2 (kJ/h) (%) 项 目 热 支 出 (kJ/h) (%) 9.烧嘴选型

10.1 选用烧嘴应注意的原则

烧嘴的选用能适应和满足生产需要即可，应尽量避免不必要的浪费。其次，选用烧嘴必须和烧嘴的使用结合起来，在规定的负荷内保证火焰的稳定性，即不要脱火也不要回火，并要保证在规定的条件下燃料完全燃烧。 10.2 每个烧嘴所需的燃烧能力

全窑共有106个烧嘴，每小时燃料消耗量76Nm

考虑每个烧嘴的燃烧能力和烧嘴燃烧的稳定性，取安全系数1.5 每个烧嘴燃料消耗量76/106×1.5=1.08m/h 烧嘴热负荷：1.08×110=118.3MJ/h 10.3 选用烧嘴

结合烧成带窑内宽1360mm，选用如下烧嘴：

3

3

19

型号 WDH 燃气压力 热负荷 100Pa-0.2MPa 流量 2×104 助燃空气 压力 1500-3000Pa 温度 常温 -350℃ 风量 24Nm3流量调节比 火焰长度 炉膛温度 TCC2 Kcal/h 2.4m/h 3/h 1:6 200-1000mm 1800℃± 此烧嘴不需要专门的燃烧室，烧嘴砖直接砌筑在窑墙上即可。

10、参考文献

[1]、周露亮 《窑炉课程设计指导书》. 景德镇陶瓷学院. 2010.5. [2]、胡国林 陈功备 《窑炉砌筑与安装》. 武汉理工大学出版社.2005.5. [3]、徐维忠 《耐火材料》. 冶金工业出版社. 2008.2.

[4]、王秉铨 《工业炉设计手册》. 北京机械工业出版社. 2004.7.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dsa8.html