隧道窑设计说明书Word文件下载.docx
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3原始数据
3.1坯料组成:
SiO2AL2O3CaOMgOFeOK2ONa2OTiO2灼失
65.720.040.320.230.343.120.204.94.8
3.2线收缩率
线收缩率为11%
3.3烧成周期
烧成周期为17小时，可调
3.4燃料
天然气组成：
CH4C2H6H2SCO2N2其它
86.8%0.11%0.879%4.437%8.1%0.343%
3.5烧成工艺确定（见图（3-1）烧成温度曲线）
20～450℃2.3小时预热带
450～600℃1.3小时预热带
600～900℃1.8小时预热带
900～1220℃2.6小时烧成带
1220～1220℃1.5小时烧成带
1220～800℃1.6小时急却带
800～500℃3.0小时缓却带
500～350℃1.4小时冷却带
350～80℃1.5小时冷却带
图3-1烧成温度曲线
4窑体主要尺寸的确定
4.1棚板和立柱的选用
根据原始数据，采用裸烧方式即可满足要求，选用棚板的材料是堇青莫来石板，立柱的采用的是堇青莫来石空心立柱，其体积密度为2.0g/cm3。
棚板尺寸：
690×
450×
38mm
支柱：
85×
85×
500mm
横梁：
950×
30×
30mm
支帽：
105×
105×
27mm
4.2窑长及各带长
4.2.1装车方法
在窑车的长度方向上设置2块棚板，宽度方向上设置7块棚板。
棚板间的间隙在长度方向上为60mm，在宽度方向上为10mm，
由此确定窑车车面尺寸为：
长：
2+60=1440取1500mm
宽：
7＋10×
6=3210mm
4.2.2窑长的确定
每车装载制品数为13件。
窑长L=
=
=80.76m
窑内容车数：
n=80.76/1.5=53.84辆，取54辆。
全窑不设进车和出车室，所以窑有效长为54×
1.5=81m取82m
4.2.3各带长度的确定
根据烧成曲线：
预热带长=（预热时间×
总长）/总烧成时间=5.4×
82/17=26m
烧成带长=（烧成时间×
总长）/总烧成时间=4.1×
82/17=20m
冷却带长=（冷却时间×
总长）/总烧成时间=7.5×
82/17=36m
4.3窑车车面尺寸
4.3.1窑车
窑内容车数54辆，则
推车时间：
17×
60/54=18.8min/车；
推车速度：
60/18.8=3.2车/小时。
窑车架高225mm，窑车衬面边缘用三层的轻质砖共260mm，在窑车的中部铺4层硅酸铝纤维棉和1层函锆纤维毯。
窑车总高为：
225+260=485mm
在车面与棚板间留火道，其高度为300mm。
4.3.2确定窑截面的尺寸
根据窑车和制品的尺寸，窑内宽B取3550mm。
4.3.3窑车车面上窑墙高设计
由窑车平面至窑顶设计尺寸：
由于连体座便器尺寸的不确定性，其高度一般在700mm到800mm左右，故取预热带、冷却带：
1200mm，为了加强传热，烧成带加高100mm，所以取1300mm。
4.4全窑高
窑全高（轨面至窑顶）：
预热带、冷却带为1200+485=1685mm；
烧成带为1300+485=1785mm。
5窑体及工作系统的确定
5.1窑体
以2米为一个模数单元节，全窑76米，共有38节。
窑体由窑墙主体、窑顶和钢架组成窑体材料由外部钢架结构（包括窑体加固系统和外观装饰墙板）和内部耐火隔热材料衬体组成。
砌筑部分，均采用轻质耐火隔热材料。
窑墙、窑顶和窑车衬体围成的空间形成窑炉隧道，制品在其中完成烧成过程。
5.1.1钢架
每一钢架长度为2米，含钢架膨胀缝。
全窑共38个钢架结构，其高度、宽度随窑长方向会有所改变。
钢架主要由轻质方钢管、等边角钢等构成，采用焊接工艺，并在焊接处除去焊渣、焊珠，并打磨光滑。
窑墙直接砌筑在钢板上，钢架承担着窑墙和窑顶及附属设备的全部重量。
5.1.2窑墙
窑墙采用轻质耐火隔热材料。
常用材质如下：
堇青莫来石板、莫来石绝热砖、聚轻高铝砖、轻质高铝砖、轻质粘土砖、含锆散棉、硅酸铝棉等耐火材料。
窑墙砌筑在钢结构上。
每隔两米留设20mm左右的热膨胀缝，用含锆散棉填实。
窑墙最外面用10mm厚的碳酸钙板。
5.1.3窑顶
窑顶是由吊顶板或吊顶砖和角钢或细钢筋等组成的平顶结构。
角钢直接焊接在窑顶钢架上，细钢筋则是做成钩状挂在窑顶钢架上。
吊顶板或吊顶砖与角钢或细钢筋紧固。
这样，窑顶的重量也由钢架承担。
在窑顶上，铺厚度适宜的保温棉和耐火棉，窑体材料的轻质化，可大大减少窑体蓄热。
5.1.4检查坑道和事故处理孔
由于窑车上棚架稳固，不容易发生倒窑事故。
即使发生窑内卡车或者其他事故，也可停窑，能够快速冷却下来，再进行处理，对生产影响不大。
因此该隧道窑不设置窑内车下检查坑道。
这样既简化了窑炉基础结构，减少了施工量和难度，又降低了成本，窑体保温也得到明显改善。
5.1.5测温孔
为了严密监视及控制窑内温度和压力制度，及时调节烧嘴的开度，一般在窑道顶及侧墙留设测温孔安装热电偶。
测温孔的间距一般为3-5米，高温段布置密集些，低温段布置相对稀疏。
本设计在窑体的第1节~13节，在第1节设置一处测温孔，接下来每隔一节设置一处测温孔，共7处测温孔；
在进入烧成带之后的第14节与16节各设置一处测温孔，第18、20、22节的窑顶和窑侧墙处设置测温孔，共6处测温孔；
第24，26，28，31，33，35，37，38节各设置一处测温孔，共8处测温孔。
因此在烧成曲线的关键点，如窑头、氧化末段、晶型转化点、成瓷段、急冷结束等都有留设。
5.1.6曲封、砂封和车封
窑墙与窑车之间、窑车与窑车之间做成曲折封闭。
曲封面贴一层高温耐火棉。
窑车之间要承受推力，所以在窑车接头的槽钢内填充散棉，以防止上下漏气。
砂封是利用窑车两侧的厚度约6——8mm的钢制裙板，窑车在窑内运动时，裙板插入窑两侧的内装有直径为1——3mm砂子的砂封槽内，隔断窑车上下空间。
砂封槽用厚度3mm左右的钢板制作而成，且留有膨胀缝。
在预热带头部缓冷段头部的窑墙上各设置一对加砂斗。
5.1.7窑炉基础
窑炉基础、拖车道基础、回车线基础用毛石、混凝土或钢筋混凝土、三七灰土三层夯实。
5.2排烟系统
为了更好的利用烟气的热量能，采用分散排烟的方式。
在预热带1～6节设17对排烟口，烟气由各排烟口经窑墙内水平烟道进入窑内垂直烟管，汇总到排烟总管由排烟机抽出，送到成型车间干燥坯体。
5.3气幕的设定
1号车位窑头设封闭气幕。
考虑到烟气温度不是很高，故窑顶采用钢板风盒，出风与进车方向成45度角；
窑两侧墙内竖插管道，管壁开孔与进车方向成45度角。
封闭气幕的风源为外界空气。
5.4燃烧系统
此窑采用小功率多分布高速调温烧嘴的布置方式。
两侧垂直和水平交错排列，这样有利于均匀窑温和调节烧成曲线。
下部烧嘴喷火口对准装载制品的下部火道，上部烧嘴喷火口对准装载制品上方的部分。
烧嘴砖直接砌筑在窑墙上，采用刚玉莫来石材质。
烧嘴的具体布置情况为：
8——17节下部设置15对共30只，18——23节上部设置12只，下部设置12对共24只。
预热带带前部的部分烧嘴和烧成带上部烧嘴可能不开，为调节烧成曲线，增加产量留设备用。
助燃风全部为外界空气。
5.5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，余热风可供干燥用，达到节能目的。
5.5.1急冷段
采用直接向窑内吹入冷风的方式，共设置了14对急冷风管，直接向窑内喷入冷风。
并设置四对侧部抽热口。
5.5.2缓冷段
制品冷却到800～500℃范围时，是产生冷裂的危险区，应严格控制该段冷却降温速率。
为了达到缓冷的目的，本设计采用间壁冷却的形式，在29至34节设置3组中空墙来进行间壁冷却。
5.5.3快冷段
在35-38节分上下两排设置18对快冷风管，气源为外界空气。
并在顶部设置抽热口，由抽热风机送至干燥室。
5.5.4窑尾段
在40-41节设置4对轴流风机，直接对窑内的制品进行冷却，以保证制品的出窑温度低于80℃。
5.6车下风系统
车下风风源为室内冷空气。
在18—27节，由车下风风机抽冷空气直接送至窑下，每隔1m开一个车下风孔。
5.7输送系统及附属装置
隧道窑内铺设轨道，轨道安放在钢架上的轨道垫板上，用螺丝联结并焊接。
窑车是制品运输的载体。
窑车底架由槽钢、钢板等经螺丝联结、焊接而成。
在窑头和窑尾各有一手动拖车道，每拖车道上有一辆拖车。
窑外有一条手动回车线。
拖车轨道和窑内轨道和回车线轨道相连接，并在同一水平面上。
空窑车在回车线上装载制品，然后推到拖车上，将拖车推到窑头，再用顶车机将窑车推入窑内，窑车从窑尾出来经拖车道送至回车线，并在回车线卸载制品。
窑头装有油压顶车机。
根据设定好的推车速度，顶车机将窑车顶入窑内。
顶车速度可调。
拖车道和回车线轨道直接装在轨道垫板上。
在自动回车线上设置有一个窑车下检查坑道，深约1.5米，其长宽尺寸约同窑车大小，用来检修运行不良的窑车。
在回车线前部和后部，各设置一道安全检查门，其断面尺寸和窑头断面、曲封尺寸一致。
检查门用多块薄钢板制作而成，用螺丝联结，可以调整其高度和宽度。
5.8控制和调节系统
5.8.1工作原理
本窑的控制系统采用分散控制的方法，既可在控制柜内统一控制，也可进行现场控制。
该系统主要包括动力控制、热工控制、报警装置及安全保护系统。
5.8.2动力控制
所有风机均采用直接启动方式，手动控制，在窑炉控制柜上设置风机开启/关闭按钮，直接集中控制和统一调节。
只要按一下某风机启动按钮，与该风机配套的接触器衔铁便接通风机电源。
5.8.3运行安全保护系统及报警系统
为了保证该隧道窑在正常工作条件下安全运行，防止窑炉在燃烧系统的某一环节出现故障时供天然气的部分继续向窑炉烧咀供应天然气而造成损坏或事故。
本窑设有安全运行保护系统，当出现故障时，要立即关闭天然气主管上手动阀门，从而关闭天然气。
此外，为严密监控窑各关键部位的运转情况，本窑设置了故障报警系统。
控制柜上设置有报警显示仪：
当监视的任一部件出现故障时，即出现声光报警，以便操作人员及时发现和处理故障。
5.8.4热工控制系统
5.8.4.1烧成带温度的控制
本窑共设有8个控制回路,（其中5点为自动控制回路）对各控制点是进行独立控制，5点均用于窑段对应的调节单元的温度调节，只需调节燃气量，就可达到调节窑温的目的。
现就一个单元简述一下温度调节的过程:
每个温度调节单元主要有温控调节器、执行器、执行器带动的蝶阀、烧咀和热电偶几个主要部分组成。
调节单元正常工作时，温控调节器中要输入一个设定温度值，单元热电偶来实测窑内本单元的温度，并通过温度传感器把该温度的毫伏信号送回到温控调节器，使其与设定温度比较，如果实测温度低于设定温度，温控调节器就会输出一个信号，使执行器带动蝶阀向开大天然气的方向变化，直到实测温度与设定温度相同。
如果实测温度高于设定温度，调节过程与此类似，只是电动执行器带动蝶阀向开度小的方向变化，以减少烧咀喷出的天然气量，使窑温下降。
5.8.4.2预热带和冷却带的温度控制
预热带和冷却带温度控制的手段主要是通过调节排烟总闸、排烟支阀、各种气幕、抽余热总闸、支阀以及冷却风闸等来实现的。
所有闸板和阀门都标记有刻度线，方便调节。
6窑体材料和厚度的确定
窑体所采用的材料及其厚度应该满足各段使用性能要求，综合考虑各处的温度对窑墙、窑顶的要求，窑体表面最高温度限制以及砖形、外观整齐等方面的因素，确定窑体材料和厚度见如下。
表6—1窑体材料和厚度表
窑墙
窑顶
温度段
（℃）
该段长度
（m）
轻质
高铝
砖（mm）
聚轻高铝砖
（mm）
粘土
砖
硅酸铝棉
硅酸钙硬板
该段
厚度
堇青莫来石板
莫来石绝热砖
硅酸铝纤维
20-900
26
114
230
10
354
20
900-1220
100
454
1220-800
8
800-80
28
堇青莫来石板制品具有热膨胀系数小，抗震稳定性好，使用寿命长，且不会突然断裂，使用过程中不氧化不落脏掉渣，不污染烧品，是在1300℃以下烧成陶瓷制品最理想的材料。
7燃料燃烧计算
7.1助燃空气量计算
所用燃料为液化气，低位发热量：
Qnet,ar=110000KJ/m3。
查工具书，得理论空气燃烧计算式，Va0=0.264*
+0.02（m3/m3）
则理论空气需要量为：
Va0=0.264*
+0.02=9.524（m3/m3）
取空气过剩系数为1.2，则实际需要空气量为：
Va=qv,a=αVa0=1.2*9.524=11.4288（m3/m3）
7.2烟气量计算
查工具书，得理论空气燃烧计算式，
V0=0.264*
+1.02（m3/m3）
则理论烟气量为：
V0=0.264*
+1.02=10.524（m3/m3）
实际烟气量为：
V=V0+（α-1）Va0=10.524+（1.2-1）*9.524=12.4288（m3/m3）
7.3燃烧温度计算
t=（QDw+VaCata+CfTf）/（VC）
查表在t=1730℃时的烟气比热为C=1.64kJ/（Nm3•℃），在室温20℃时空气比热为Ca=1.30kJ/（Nm3•℃），天然气的比热为Cf=1.56kJ/（Nm3•℃），代入公式得
t=（36000+11.428×
1.30×
20+1.56×
20）/（12.4288×
1.67）=1782℃
相对误差为：
（1782-1730）/1782=2.9%<
5%，认为合理。
取高温系数n=0.8，则实际燃烧温度为tp=ηtth=0.8*1782=1425.6℃。
1425.6－1220=205.6℃，比烧成温度高出205.6℃，认为合理。
8物料平衡计算
8.1每小时烧成干制品的质量
=推车速度×
每车载重=3.2*450=1440kg
每小时进3.2车，每车装载制品450kg
8.2每小时入窑干坯的质量
G1=Gm·
=1440×
=1513kg/h
8.3每小时欲烧成湿制品的质量
G2=G1·
=1513×
=1547kg/h
8.4每小时蒸发的自由水的质量
GW=G2-G1=1547－1513=34kg/h
8.5每小时从精坯中产生的CO2的质量
8.5.1每小时从精坯中引入的CaO和MgO质量计算
GCaO=G1·
CaO%=1513×
0.32%=4.8416kg/h
G
=G1·
MgO%=1513×
0.23%=3.4799kg/h
8.5.2产生的CO2质量
Gco
=Gc
o·
＋G
·
=7.63kg/h
8.6每小时从精坯中排除结构水的质量Gip
Gip=G1×
IL%-Gco
4.8%-7.63=64.994kg/h
8.7窑具的质量Gb
每车有20个火道支柱，20个支帽，12根横梁，14块棚板。
共重约300kg，
Gb=300×
3.2=960kg/h
9预热带和烧成带的热平衡计算
9.1确定热平衡计算的基准、范围
本次计算选用1小时为计算基准，以0℃作为基准温度。
以预热带和烧成带为计算范围。
9.2热平衡示意图
图9-1预热带和烧成带的热平衡示意图
Q1—坯体带入显热；
Q2—硼板、支柱等窑具带入显热；
Q3—产品带出显热；
Q4—硼板、支柱等窑具带出显热；
Q5—窑墙、顶总散热；
Q6—物化反应耗热；
Q7—窑车蓄热和散失热量；
Q8—其他热损失；
Qg—烟气带走显热；
Qf—燃料带入化学热及显热；
Qa—助燃空气带入显热；
Q/a—预热带漏入空气带入显热；
Qs—气幕、搅拌风带入显热；
9.3热收入项目
9.3.1坯体带入显热Q1
Q1=G1C1T1（kJ/h）
其中：
G1—入窑制品质量（Kg/h）；
G1=1547Kg/h；
T1—入窑制品的温度（℃）；
T1=40℃
C1—入窑制品的平均比热（KJ/（Kg·
℃））；
T1=40℃时，C1=0.92KJ/（Kg·
℃）；
Q1=G1C1T1=1547×
0.92×
40=56929.6（kJ/h）
9.3.2硼板、支柱等窑具带入显热Q2
Q2=G2C2T2（kJ/h）
G2—入窑硼板、支柱等窑具质量（Kg/h）；
G2=960Kg/h；
T2—入窑硼板、支柱等窑具的温度（℃）；
T2=40℃
C2—入窑硼板、支柱等窑具的平均比热（KJ/（Kg·
碳化硅硼板、支柱的平均
比热容按下式计算：
C2=0.963+0.000147t=0.963+0.000147×
40=0.968KJ/（Kg·
℃）
Q2=G2C2T2=960×
0.968×
40=37171.2（kJ/h）
9.3.3燃料带入化学热及显热Qf
Qf=（Qnet,ar+TfCf）x（kJ/h）
Qnet,ar—所用燃料低位发热量（KJ/m3）；
燃料为天然气，低位发热量为：
Qnet,ar=36000KJ/m3；
Tf—入窑燃料温度（℃）；
入窑天然气温度为Tf=20℃；
Cf—入窑燃料的平均比热容（KJ/（Kg·
查表，Tf=20℃时天然气平均比热容为：
Cf=1.56KJ/（Kg·
x—设每小时天然气的消耗量为x（m3/h）；
Qf=（Qnet,ar+TfCf）x=（36000+20×
1.56）x=36031xkJ/h
9.3.4助燃空气带入显热Qa
Qa=qvCaTa（kJ/h）
qv,a—入窑助燃风流量（m3/h）；
前面燃烧部分计算得：
qv=Va*x=11.4288x（m3/h）；
Ta—入窑助燃风的平均温度（℃）；
助燃风用冷却带抽出热风，Ta=20℃；
Ca—入窑助燃风的平均比热容（KJ/（Kg·
查表，Ta=20℃助燃风时平均比热容为：
Ca=1.30KJ/（Kg·
Qa=qvCaTa=11.4288x×
20=297.1488x（kJ/h）
9.3.5从预热带不严密处漏入空气带入显热Q/a
Qa/=qv/×
Ca/×
ta/
取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.5，已求出理论空气量Va0=9.524Nm3/Nm3
烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.2。
Va/=x×
（ag-af）×
Va0=x（2.5-1.2）×
9.524=12.382x（Nm3/h），漏入空气温度为ta/=20℃，此时Ca/=1.30kJ/（Nm3·
℃），则：
Qa/=qv/×
ta/=12.38x×
20=332.8x（kJ/h）
9.3.6气幕、搅拌风带入显热Qs
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0.6倍。
所以：
Vs=0.6qv=0.6×
11.428x=6.8568x（Nm3/h），设ts=20℃，查得Cs=1.30kJ/（Nm3·
℃），
Qs=Vs×
Cs×
ts=6.8568x×
20=178.2768x（kJ/h）
9.4热支出项目
9.4.1制品带出显热Q3
Q3=G3C3T3（kJ/h）
出烧成带产品质量：
G3=1440Kg
出烧成带产品温度：
t3=1220℃
查手册[11]，此时产品平均比热：
C3=1.20kJ/（kg•℃）
则：
Q3=G3×
C3×
t3=1440×
1220×
1.20=2108160（kJ/h）
9.4.2硼板、支柱等窑具带出显热Q4
Q4=G4C4T4（kJ/h）
棚板、立柱质量：
G4=960kg/h
出烧成带棚板、立柱温度：
T4=1220℃
此时棚板、立柱的平均比热：
C4=0.84+0.000264t=0.84+0.000264×
1220=1.16kJ/（kg·
℃）
Q4=G4×
C4×
T4=960×
1.16×
1224=1361028.1（kJ/h）
9.4.3烟气带走显热Qg
Qg=qgCgTg（kJ/h）
烟气中包括燃烧生成的烟气，预热带不严密处漏入空气外，还有用于气幕的空气。
用于气幕的空气的体积Vs=6.8568x（Nm3/h）
离窑烟气体积：
qg=[Vg0+（ag-1）×
Va0]x+Vs烟气温度为100℃
此时烟气比热Cg=1.068kJ/（Nm3·
Qg＝qg×
Cg×
tg＝{[12.4288+（2.5-1）×
9.524]x+6.8568x}×
1.068×
＝3585.45x（kJ/h）
9.4.4窑墙、窑顶散失热量Q5
根据各段材料不同,并考虑温度范围不能太大,将预热带和烧成带分成三段计算
9.4.4.120—600℃段
该段窑长度为17.4米，窑宽为3.55米。
窑外壁表面平均温度80℃，窑内壁表面平均温度：
（20+600）/2=310℃
9.4.4.1.1窑墙部分散热计算
此部分用材料如下：
轻质高铝砖，厚度δ=114mm，导热系数0.706w/（
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