1、1年产 70 万 玻化砖气烧辊道窑设计（窑炉课程设计）学 院： 材料与化学工程学院 专业班级： 14 级 材料工程技术 学生姓名： 柳 俊 峰 指导老师： 肖 素 萍 2016 年 06 月 24 日2一、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：2.3 kg/ ；310m3.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3/MJm共存压力 0.881.47Mpa，出自热工手册 ） ；5.坯入窑含水量：2；6.原料组成： 2SiO23AL23FeO2
2、TiCaOg22KONa灼减70 19.5 0.4 0.2 0.1 0.8 4.0 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；二、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 mm5402.2 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
3、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n(2015)403.15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，3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
4、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
5、辊上高 350 450 450辊下高 350 350 350内总高 700 800 800（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 40250 6 35 12.5预热带 2501050 16.8 47.6 35烧成带 10501250 8 25 16.7冷却带 125080 17.2 68 35.8累计 48 100（2）气氛制度：全窑氧化气氛；（3）压力制度：预热带-15-10Pa，烧成带 8Pa；2.5 窑长
6、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。（1）窑长的确定2窑 容 量 （ m/每 窑 ）窑 长 （ ）装 窑 密 度 （ 每 米 窑 长 ）2487067.35249%2年 产 量 （ /a） 烧 成 周 期 （ h）窑 容 量 （ /每 窑 ）年 工 作 日 产 品 合 格 率 （ ）=（ /每 窑 ）同一列砖砖距取2装 窑 密 度 每 米 排 数 每 排 片 数 每 片 砖 面 积 （ m/每 窑 ）420 mm ，则 装窑密度 2103.541.654/m每 窑所以窑长 m 取
7、54m7.43.16L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） 54026.98取节数为 27 节。因而窑长度为： mm 208754208L（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
8、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 320864长度= mm02预热带： mm 取 10 节5%197.8长度= mm烧成带： mm 取 5 节 .5长度= mm4冷却带： mm 取 9 节 4208306.长度= mm9172急冷段： （节） 取 3 节 .5长度= mm30864缓冷段： （节） 取 4 节7.422长度= mm快冷段： （节） 取 2 节3.9508412长度= mm06图 2.5（2）窑炉各带划分及编号温度段
9、（） 时间（min）升温速率（/min）节数 编号窑前段 40250 6 35 3 1，2，3250750 8.8 56.8 5 4，5，6，7，8预热带7501050 8 37.5 5 9，10，11，12，13510501250 5 40 3 14，15，16烧成带1250 3 2 17，18急冷段 1250700 5.7 96.5 3 19，20，21缓冷段 700400 7.6 39.5 4 22，23，24，25快冷段 40080 3.9 82.05 2 26，27（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
10、，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。（4）窑体总长度的确定窑体总长度542083300540062908 mm三、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。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
11、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。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 LYS2系列液化气烧嘴，周围材质采用重质高铝砖耐火材料。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
12、，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。4.温度控制系统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。5.传动系统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
13、是一台电机带动6一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。6.窑体附属结构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
14、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，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。四、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
15、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：（1 为了砌筑方便的外形整齐，窑墙厚度变化不要太多。（2 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。（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 整个窑炉的材料表名称 材质 使用温度 导热系数 厚度低温段 16 节，2227 节耐火层 轻质粘土砖 1150 0.35 230窑顶隔热层 硅酸铝耐火纤维束 1000 0.13 9
16、0耐火层 轻质粘土砖 1150 0.35 230窑墙隔热层 硅酸铝耐火纤维束 1000 0.13 130耐火层 轻质粘土砖 1150 0.35 130窑底隔热层 硅藻土砖 1000 以下 0.1+0.000228t 195中温段 710 节耐火层 轻质粘土砖 1150 0.80+0.00026t 230窑顶隔热层 硅酸铝耐火纤维束 1000 0.13 130窑墙 耐火层 轻质粘土砖 1150 0.80+0.00026t 2307隔热层 硅酸铝耐火纤维束 1000 0.13 130耐火层 轻质粘土砖 1150 0.80+0.00026t 130窑底隔热层 硅藻土砖 1000 以下 0.1+0.0
17、00228t 195高温段 1121 节耐火层 轻质高粘砖 1400 0.45 230窑顶隔热层 硅酸铝耐火纤维束 1000 0.13 130耐火层 轻质高粘砖 1400 0.45 230窑墙隔热层 硅酸铝耐火纤维束 1000 0.13 130耐火层 轻质高粘砖 1400 0.45 230窑底隔热层 硅藻土砖 1000 以下 0.1+0.000228t 195五、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3901/QMJm低 3/MJm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
18、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
19、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 oaV31.21.2026.75486486Q低 3/m取空气过剩系数 1.15：实际空气量： .5.7.oa3/5.2 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）3104.528.486.86ogQV低 3/m实际烟气量： 2.1.06.7.4g（ ） 3/5.3 燃烧温度计算：8理论燃烧温度： dwafmgQVCtctA已知 ，20aft 31.0/()aKJ 3.0/()fKJmCA，假设 ，1.4.5gC2th则 .6
20、343/()JmCA所以310.7120.1905th A求得温度与假设温度相对误差 %4.所设合理，取高温系数 0.8，实际温度 。081952pt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。六、物料平衡计算原料组成： 2SiO23AL23FeO2TiCaO MgO22KNa灼减70 19.5 0.4 0.2 0.1 0.8 4.0 4.2玻化砖密度为 ，产品尺寸为 50050012mm,3.103/Kgm每小时烧成制品质量 ： G7012.3670549%/gh每小时烧成干坯的质量： 68
21、1.2.mg K每小时欲烧成湿坯的质量（含水量为 2 %）： 2841%gsG/Kgh每小时蒸发自由水的质量： 28475zsgG/Kgh每小时从精坯中产生的 CO2： 0.12.78CaO/%780.96MgOG/Kh244442.72.96256151CaMgOG/Kgh9每小时从精坯中分解出来的结构水24.%784.2691jgCOG/Kgh七、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，
22、能否采取改进措施。热平衡分析:热支出项中，产品带走显热，物化反应耗热两项不可能减少。而其他几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。八、工程材料概算8.1 窑体材料概算：（1）轻质粘土砖的概算每块轻质粘土砖的体积 30169.5.13.02mV第 1 节第 10 节，第 22 节第 27 节：3061.8)(03.2 08.2)(4.28.)(7mVn 取多余的砖的数量占总量的 3.5%本窑共需轻质粘土砖的数量为： 块2310/)05.1(VNn（2）轻质高铝砖每块轻质高铝砖的体积
23、 369.3.20mV第 11 节第 21 节轻质高铝砖的体积: 365.2103.8.2 2.0164.8.mVg 取多余的砖的数量占总量的 3.5%本窑共需轻质高铝砖的块数为： 块205/)3.01(2VNg（3）硅藻土砖每块硅藻土砖的体积 3169.5.30mV第 1 节第 27 节硅藻土砖的体积： 391.278.640.295. mVgz 取多余的砖的数量占总量的 3.5%本窑共需硅藻土砖的块数为: 块17093/)5.0(3VNgz10（4）硅酸铝棉板的概算第 1 节第 6 节，第 22 节第 27 节共 12 节，每节的硅酸铝棉板的面积为：21 436.80.2780.2. mS
24、第 7 节第21 节共 15 节，每节的硅酸铝棉板的面积为: 22 5.64.本窑共需硅酸铝棉板的面积为： 221731.mSS总8.2 钢材的概算：钢材的概算以窑的一节用钢材量为基准（1）方钢的概算：方钢使用 604mm 的钢材，侧横梁用钢长度 L08.210.1上下横梁用钢长度 mL8.13576.2（2）钢板的概算：在窑的底部铺设 3mm 的钢板，其用量 230.58.264mS（3）角钢的概算：角钢都使用 56565 等边角钢。底部角钢用量 L4.176.1吊顶所用角钢为两根并排 L96.5721.2在烧成带用角钢固定烧嘴，其用量 m483合计 8.410.5=88.2m（4）全窑所用钢材量：方钢: 76.9142)8.130.2(钢板：5.3027=143.1 m角钢: 3).574.(
