本科生设计说明书 98m年产60万件卫生洁具燃气隧道窑摘 要关键词：隧道窑、节能。本次设计的是年产60万件中高档次卫生洁具隧道窑设计，窑体总长98米，窑内宽3.15米，内高1.42米。窑顶采用T型吊顶（排烟段）与轻型耐火砖夹耐热钢板组合吊顶砖的结构，为了降低全窑的热损失减小单位产品热耗，全窑均采用轻质耐火材料以及现在窑炉设计中经常用的毯、毡、岩棉等保温材料。该窑的设计在排烟带以及预烧带布满了搅拌风管，使该高档卫生洁具的断面温度误差在2C以内。由于采用的燃料天然气是清洁燃料，所以采用高速调温烧嘴来强化窑内传热，同时高速烧嘴可进一步调节使窑内温度均匀提高成品率，从而达到节能的目的。为有效利用烟气热，在窑炉前段采用分散排烟的方式，另外在缓冷段采用抽热空气与间接冷却的方式来冷却制品，对热烟气也可加以利用。 对全窑的控制采用计算机自动控制来实现，既提高了产品的成品率又降低的工作人员的工作强度，降低了生产成本。本设计特点：在提高产品质量的同时降低单位产品热耗，实现陶瓷行业上的“绿色、环保、节能”。1.收集的原始数据1.2.1卫生洁具坯料组成:坯体成分SiO2AL2O3CaOMgOFeOK2ONa2OTiO2灼失百分含量65.720.040.320.230.343.120.204.94.81.2.2 入窑水分：入窑水分为1.0%1.2.3 线收缩率：线收缩率为10%1.2.4 产品合格率 ：产品合格率为96%1.2.5 烧成周期：烧成周期1418小时，根据工艺可调。本设计计算以烧成周期16小时计算1.2.6 最高烧成温度：最高烧成温度为12301.2.7 气氛制度：全氧化气氛1.2.8 制品：高档次卫生洁具1.2.9 燃料：天然气燃料组成CH4C2H6H2SCO2N2其它百分含量86.8%0.11%0.879%4.437%7.537%0.343%1.2.10 年工作日：年工作日330天/年2.窑体主要尺寸的确定注:进窑前坯体的尺寸 由于该种高档卫生瓷是标准洁具，因此产品种类的尺寸取标准件为：500mm（L）400mm(W)400mm(H)左右2.1 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石-莫来石，立柱的采用的是碳化硅空心方立柱，其体积密度为2.0g/cm3。 棚板尺寸：38075038mm（根据市场标准）立柱高： 450mm左右2.2 装车方法及窑车车面尺寸： 图1. 实体玛法 图2.支架与棚板摆放2.2.1 装车方法 根据厂方设计的规格要求，在窑车的长度方向上设2块棚板，宽度方向设7块棚板。在窑车的高度方向装2层。棚板间的间隙在长度方向上为20 mm，在宽度方向上为10mm。由此确定窑车车面尺寸为：1550mm（L）2890(W)mm。2.2.2 窑车窑内容车数63辆(98/1.55=63.2)，窑外预留了42辆，窑车总计105辆；则：推车时间：1660/63=15.2min/车；推车速度：60/15.2=3.9车/小时。窑车架高320mm，窑车衬面用三层65mm的轻质高铝砖，最上面铺1层70mm耐火纤维毯。窑车总高为：320+653 =515mm在车面与棚板间留火道，其高度约为225mm。2.2.3 确定窑截面的尺寸根据窑车和制品的尺寸，窑内宽（预、冷）B取3050（2910+702）mm，为改善传热，烧成带加宽100mm，则烧成带内宽为3050+100=3150mm。2.2.4 窑车车面上至窑墙高设计：由窑车棚板面至窑顶设计尺寸：根据卫浴的尺寸规格，要求内部装载高度1m左右，卫浴上层至窑墙顶大约留150mm传热空间。由上面知：车面与棚板间留火道，其高度约为225mm，因此设计：预热带：1350mm烧成带、急冷带：1420mm缓冷带、快冷带：1350mm2.3各带长的确定 由厂方提供设计数据：在几个阶段的升温范围大概为：分区排烟带预烧带烧成带急冷带缓冷带快冷带升温范围20600600120012001230123080080040040080根据上述升温范围以及烧成曲线知：排烟带长=16m；预烧带长=24m； 烧成带长=18m；过渡节=2m；急冷带长=8m间接缓冷=16m；快冷带=14m分区长度（m）节数(节)排烟带长1618预烧带长24920烧成带长182129过渡节230急冷带长83134间接缓冷163542快冷带1443492.3.1 全窑高窑全高（轨面至窑顶）：预热带、缓冷带与快冷带为1350+515+225=2090mm；烧成带与急冷带为 1420+515+225=2160mm。2.4 年产量估算每辆窑车平均运载量计为24件,则: 年产量为：(24632433096%10-4)/16=71.8万件。3.烧成制度的确定该卫生洁具隧道窑的烧成制度取决于坯釉料的组成和性质、洁具的造型、大小和厚度以及窑炉结构、装窑玛坯的方法、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。只要窑内温度均匀，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内温度均匀，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。（1）温度制度：烧成周期:16h 烧成曲线：根据兴中信窑炉公司设计的经验，隧道窑的烧成曲线由于烧成周期比较长，我们可以从窑的长度上来反应烧成的升温速率。大体升温曲线如下图：（清晰图见CAD图纸）（2）气氛制度：全窑烧氧化焰（3）压力制度：预热带-40-25 Pa ，烧成带微正压 0Pa15 Pa4 .工作系统的确定4.1 排烟与通风系统：为了更好的利用烟气的热量能，采用准分散排烟的方式。在排烟带第18节箱体位近窑车台面的窑墙上设15对排烟口，可以迫使热烟气自上而下流动，克服由于几何压头的作用而使热气体上升的倾向。在第一节的窑头处采用窑顶直接排烟，汇总到排烟总管由排烟机抽出，一部分送干燥房，其余从烟囱排入大气。排烟与通风系统包括由搅拌风机、排烟风机、助燃风机、车下冷风机、急冷风机、抽热风机、快冷风机等11台风机控制。其中排烟、抽热根据窑压（取零压点附近的位置）来控制，助燃通过主管检测压力来控制，急冷通过急冷后段窑内温度来控制。该座隧道窑所有风机通过一台总编程控制器（PLC）来控制，实现风机之间、风机与燃气主管电磁切断阀之间、与烧咀前电磁阀之间、与自动点火电源之间等均能实现安全连锁。这样不但充分保障了窑炉运行的安全性，而且有效的避免了人为因素所造成的损失。4.2 气幕与搅拌风的设定考虑到该窑是烧氧化焰的，以及根据卫浴的工艺要求：从排烟段起要求卫浴产品的升温比较均匀，因此全排烟段及预热的前半部分全部设搅拌气幕管。除了在1号车位窑头设封闭气幕和烧成带与冷却带之间的急冷气幕外，从第2节起至第7节每节设置两支气幕管。第8节至15节每节设置一支搅拌风支管。封闭气幕和搅拌风的气源都为窑内抽热烟气。4.3 燃烧系统4.3.1烧嘴的设置：选用的燃料是天然气，为均匀窑内断面温度均匀，本设计选用烧嘴芯（厂方提供）为材料的烧嘴，保证燃烧充分。排烟段从7节后半部分到第10节布置下排烧嘴每个箱体一对（两侧交错排列），从第11节到第21节每节辊下布置3只烧嘴，交错排列，从22节开始到烧成带27节，每节分别设置6只烧嘴，上2下4两侧交错排列，第28、29节是保温节，每节设置7只烧嘴，上3下四交错排列。并在每个烧嘴的对侧窑墙上设置一个观火孔。（具体布置见主图）烧嘴总数为：90只。助燃空气来自抽热风管。4.3.2天然气输送装置：燃气管道均为无缝钢管制作而成。阀门为密封良好的的优质球阀，燃气经过总管、过滤、稳压、支管等到烧嘴。为保证供气系统的安全，在供气主管上配置有手柄球阀、压力表、过滤器、调压阀、电磁阀、上下线压力开关、溢流放散期等，进口和出口各有一块压力表现场显示进出口管路压力。压力开关分别控制燃气压力最高限和最低限。示意图如下所示：4.4 冷却系统4.4.1 急冷段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。急冷带通风系统从烧成最高温度至800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。隧道窑目前急冷是从两侧打入冷风直接冷却。本设计也采用此种结构，用4节窑长进行急冷，每节上下分布4对DN50急冷风管4.4.2 缓冷段缓冷采用间壁冷却的形式，在36到41六节设置中空墙为间壁冷却。4.4.3 快冷段 此隧道窑快冷从43到48节上每节设置4对冷风管喷入；49节接喷冷风管中冷风进行最后快冷。4.5 温度压力控制系统：该窑共设25点温度测点、7点压力测点，其中3点压力测点和14点温度控制点参与控制。温度测点K分度9点，S分度16点（急冷段前的测温点均安装在窑墙两侧）。K分度分别为窑头预热段3点、窑尾冷却段6点。S分度16点分别为燃气控制组15点，急冷1点。急冷与缓冷之间安装的热电偶仅显示不参与控制。另外排烟总管、抽热总管各一支双金属温度计以保护风机不致因温度过高而受到损害。7点压力测点分别为排烟段压力，零点压力、高温段压力、急冷段压力、缓冷段压力，另外还设有助燃风主管压力和燃气压力二个点。其中零压点、助燃风压力和燃气压力参与共3点压力点参与控制,其余压力点采用斜管微压计现场显示。5.窑体材料的确定5.1窑体材料确定原则： 根据在兴中信窑炉公司的实习经验，为了砌筑方便的外形整齐，窑墙厚度变化不宜太多；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；厚度应保证强度和耐火度。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。5.2 窑体材料的选用及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。 在选择的时候，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耐火材料的选择文章中：工作温度分类温度10分类温度40。