日产19500平方米内墙釉面砖素烧辊道窑毕业设计说明书

日产19500平方米内墙釉面砖素烧辊道窑毕业设计说明书

本科生毕业论文（设计）

日产19500M2内墙釉面砖素烧辊道窑

Nissan 19500M2 wall brick gas roller kiln design

学号：201210610125

姓名：张文挺

专业班级：能源与动力工程1班

指导老师：陆琳教授

完成日期：2016年5月10日

材料科学与工程学院

摘要

当今社会节能观念的深入，在科学技术迅猛发展的今天，中国制造业正在慢慢转型。在陶瓷企业中，由传统的高耗能、高污染粗放化也逐步变为现代自动机械化，以达到经济环保的要求。然而，在陶瓷厂里，工业窑炉更是耗能的重头，因此，如何设计出符合陶瓷工厂各项所需的窑炉是我们目标。本人本科毕业设计课题为《日产19500M2内墙釉面砖素烧辊道窑设计》。我国正大力推行文化创新产业，生产过程自动控制程度高、燃料清洁的高端日用陶瓷及艺术陶瓷是未来的发展趋势。对一开始数据的仔细研究和探讨，日产19500M2内墙釉面砖素烧辊道窑的长258米宽2.61米。该素烧辊道窑的烧成温度是一千一百四十九摄氏度。与一般辊道窑体的区别在于窑顶上的材料不同，相对密集，也相对错落的布置是事故处理口的布置的特点。并且依靠棍棒的平稳转动保持直线运动轨迹且不与旁边的砖碰撞。靠辊棒的转动使陶瓷产品从窑头传送到窑尾，经过预热带，烧成带，冷却带，由多成分黏土坯体经各种氧化还原反应玻化成瓷，设挡墙和挡板是为了提高冷热交换效果，和有效的加强内部气体的滞留。首先窑顶是采用耐热钢穿轻型吊顶砖的吊顶结构，另外窑顶镶嵌上一层铝制材料，从而增强辐射能力。相对密集，也相对错落的布置是事故处理口的布置的特点。设挡墙和挡板是为了提高冷热交换效果，和有效的加强内部气体的滞留。另外一方面，为了能够充分利用烟气的热量，可以在窑炉前段采用集中排烟方式。所以本次设计日产19500M2内墙釉面砖素烧辊道窑设计不仅仅是为了创新，更是为了节能。

关键词：快速烧成辊道窑保温节能

Abstract

Depth in today's society the concept of energy saving, the rapid development in science and technology today, the Chinese manufacturing industry is slowly restructuring. Ceramic enterprises, from traditional high energy consumption, high pollution, extensive technology has gradually become a modern automatic mechanization to achieve economic and environmental protection requirements. However, in the ceramics factory, industrial furnace is more energy-intensive heavy head, therefore, how to design a ceramic factory in line with the required furnace is our goal. I graduated from design issues to "Nissan 19500M2 interior glazed unglazed roller kiln design." China is vigorously promote cultural innovation industry, high degree of automation of production processes, high-end daily-use ceramics and ceramic art clean fuel is the future trend of development. Careful study and discussion of the beginning of the data, Nissan 19500M2 interior glazed unglazed roller kiln length of 258 meters wide and 2.61 meters. The unglazed roller kiln firing temperature is one thousand one hundred forty-nine degrees Celsius. Usually the difference between kiln roller kiln lies on top of different materials, relatively dense, relatively scattered arrangement is incident handling port layout features. And rely on the smooth rotation of the sticks remain straight trajectory does not collide with the next brick. By roller rotation of the ceramic product is conveyed from the kiln to kiln, after preheating zone, firing zone and cooling zone, the clay body by a variety of multi-component redox reaction into glass porcelain, retaining wall and bezel set It is to increase the heat exchanging effectiveness, strengthen the retention and effective internal gas. First, the crown is the use of heat-resistant steel wear lightweight ceiling tile ceiling structure, in addition to the crown inlaid aluminum material layer to enhance radiation. Relatively dense, relatively scattered arrangement is incident handling port layout features. Let retaining wall and baffles to improve heat exchanging effect, and effectively strengthen the internal gas retention. On the other hand, in order to make full use of flue gas heat can be concentrated in the furnace preceding the use of Exhaust System. So this design Nissan 19500M2 interior glazed unglazed roller kiln designed not only for innovation, but also to save energy.

Keywords: quick firing, roller kiln insulationenergy saving

目录

摘要 (2)

前言 (8)

1景德镇陶瓷学院毕业设计（论文）任务书 (9)

2 窑体尺寸的确定 (10)

2.1 进窑砖坯尺寸 (10)

2.2 排砖方法、内宽及内高的确定 (10)

2.2.1 排砖方法及内宽 (10)

2.2.2 内高 (10)

2.3 烧成制度的确定 (11)

2.4 窑长及各带长 (11)

2.4.1窑长 (11)

2.4.2 各带长 (12)

3 工作系统的确定 (13)

3.1 排烟系统 (13)

3.2 燃烧系统 (13)

3.2.1 烧嘴的设置 (13)

3.2.2 烧嘴布置 (13)

3.3 冷却系统 (13)

3.3.1急冷通风系统 (13)

3.3.2缓冷通风系统 (14)

3.3.3快冷通风系统 (14)

3.4 窑体附属结构 (14)

3.4.1 事故处理孔 (14)

3.4.2 测温孔 (14)

3.4.3观火孔 (15)

3.4.4膨胀缝 (15)

3.4.5挡墙、挡板 (15)

4窑体材料确定 (16)

4.1窑体材料确定原则 (16)

4.2窑体材料厚度的确定原则 (16)

4.3全窑体所用材料及厚度列表 (16)

5燃料燃烧计算 (17)

5.1燃料天然气对应成分的湿成分的换算 (17)

5.2空气量 ................................................... 17 5.3.烟气量 ................................................... 17 5.4.燃烧温度 . (17)

6物料平衡计算 ...................................................... 19 6.1相关物料质量计算 ................................................ 19 7预热带烧成带热平衡计算 .. (20)

7.1热平衡计算准则 ........................................... 20 7.2热平衡示意图 ............................................. 20 7.3热收入项目 .. (21)

7.3.1坯体带入显热1Q (21)

7.3.2燃料带入化学热及显热f Q

.......................... 21 7.3.3助燃空气带入显热a Q .............................. 21 7.3.4预热带漏入空气带入显热b Q . (21)

7.4热支出项目 (22)

7.4.1热制品带出显热2Q ................................ 22 7.4.2窑体散热Q 3

(22)

7.4.3物化反应耗热4Q (28)

7.4.4烟气带走显热g Q

(28)

7.4.5其他热损失5Q

(28)

7.5 热平衡方程 ............................................... 28 8 冷却带热平衡计算 ................................................. 30 8.1计算基准： ............................................... 30 8.2热收入项目 .. (30)

8.2.1产品带入显热Q 2 ................................... 30 8.2.1冷风带入显热Q 6 .. (30)

8.3 热支出项目 (30)

8.3.1产品最终带出的显热Q 7 ............................. 30 8.3.2热风抽出时带走的显热Q 8 ........................... 31 8.3.3窑体散热Q 9 ....................................... 31 8.3.4其它热损失Q 10 .................................... 36 8.4 热平衡方程 .. (36)

9烧嘴选型 .......................................................... 38 10 传动计算 .. (39)

10.1 传动系统的选择 .......................................... 39 10.2 传动过程： .............................................. 39 10.3 辊子材质的选择 .......................................... 39 10.4 辊距的确定 .............................................. 40 10.5 辊子传动过程中的联接方式 .. (40)

10.6 辊子转速的选择 (40)

11 管道尺寸、阻力计算及风机的选用 (41)

11.1排烟风机的管道尺寸、阻力计算 (41)

11.1.2 抽烟管道及风机 (41)

11.1.3风机的选型 (42)

11.2 其他管道及风机 (43)

11.2.1天然气输送管径的计算 (43)

11.2.2助燃风管的计算 (43)

11.2.3冷却带风管计算 (44)

11.2.4缓冷抽热风管 (44)

11.2.5急冷风管 (44)

11.2.6快冷风管 (45)

11.2.7其他风机选型 (45)

12 材料概算 (47)

后记 (52)

致谢词 (53)

参考文献 (54)

英文文献 (55)

窑炉的节能减排与余热利用 (61)

前言

由于当今陶瓷用品的范围特别的广泛，因此就对生活品质也有了更多的要求，即提倡低碳、绿色、环保的生活。而且陶瓷工业在人们的生活、生产中都有着重要的地位。这个时候各个业都需要去迎合市场。当今社会，机器化自动化逐渐代替了人体劳动力。陶瓷用窑炉按操作方法可分为连续窑、半连续窑和间歇窑。辊道窑就是其中的连续式窑炉，也是当今使用度广泛的窑炉种类，隧道窑的优点在于连续操作、生产效率大、燃料消耗相对较低、使用寿命相对较长、机械化和自动化程度较高、劳动条件较好、烧成制度容易调控及制品品质好。

我国社会主义建设、国防科学和人民日常生活中无处不有陶瓷工业技术，可见其发挥着至关重要的作用。这也促使的我国陶瓷工业窑炉改朝换代，不断革新，其发展过程是由低级到高级，由低产量、低质量、高消耗演变为高产量高质量低消耗；由劳动强度大发展为当今的机械化和自动化，大大降低了劳动强度，由原来的烧成温度低且不能控制烧成气氛改编为当代的烧成温度高且能熟练掌握其烧成气氛。经过前人的在实践中得到的经验总结，以及他们在实践中对问题的及时解决，辊道窑得以发展至今，并且其已经成为当今陶瓷烧成工艺的先进且成熟的窑炉形式，被行内人士推广应用。产品的质量受烧成过程的严重影响，而烧成的关键在于烧成设备—窑炉，可见窑炉是陶瓷生产中的作用绝不可忽视的设备。在坯体烧制过程中，对温度制度的控制是极为重要的工序。一定要保持窑内具有一定的压力制度；而且一定要保持合适的气氛。这些烧成制度我们都必须遵守。我

们所要设计的是日产19500M2内墙釉面砖素烧辊道窑，其产品排布方式是双层双排排布。辊道窑是一种连续性工作的陶瓷热工设备,它有产量高、能耗低、机械自动化程度高的特点，代表着现代窑炉的发展方向。

硅酸盐工业窑炉应用在很多行业，而其产品更是充斥在我们的生产生活中。应时代发展的需要，国家也是大力提倡节能减排，而对于硅酸盐工业窑炉这个行业而言，只有深入了解了原料的处理、窑炉的设计、制品的烧制才能更好的从中找寻到一种降低能耗，减少污染物排放的可行方案。本文阐述了一个陶瓷工业窑炉的设计方案，来全面阐述陶瓷窑炉的设计过程、及确立最终的设计方案。本人也在设计中，尽量符合生产实际需求，但是鉴于水平有限，经验不足，对于设计中存在的不当和错误之处，诚恳欢迎各位指正。

在烧成过程中，能够确定一个合理准确的温度制度是保证高质量，高产量和节约燃料的关键一步。而温度在辊道窑内是根据制品的温度要求时间和位置变化所决定的。与此同时，一定的压力是确定温度的因素和对整个窑炉控制的确立保障。故此，保持一定的压力和温度都是对窑炉有着极大的影响。在设计之前，对于窑体的整个制度进行确定估算，而后又进行了精确地计算。

在窑炉生产进程当中，烧成的过程相当重要，可能有一点点差池就可能导致生产品的质量瑕疵，而烧成的重中之重也在于窑内的温度把控、窑内的压力掌控和气氛制度调节。另外节能以及能源的充分利用在当今也是十分热门的发展方向，本次的设计该窑炉的目的在于能够更加熟悉辊道窑方面的结构以及烧成方式，更是为了能够更好的掌握利用这大学四年来所学到的知识，希望在这次的设计当中能

够看到自己的不足，以至于自己能够得到更好的进步，这次设计能够完成当中也是得到了导师的悉心教导，以下为本次窑炉设计的相关数据参数

1景德镇陶瓷学院毕业设计（论文）任务书院（系）材料学院 2015年 12 月

2 窑体尺寸的确定

2.1 进窑砖坯尺寸

产品规格：300×450×11 mm

产品宽度300mm ，长450mm ，考虑烧成收缩为9%，则： =

-=-=%9145011烧成收缩率产品尺寸坯体尺寸

490mm

坯体尺寸2=300/(1-9%)=330mm 2.2 排砖方法、内宽及内高的确定 2.2.1 排砖方法及内宽

根据产量，所用的燃料，窑内传热等因素，粗略确定内宽的尺寸，入窑坯体的尺寸为330×490，故暂定窑内宽B = 2800 mm 。

坯体离窑墙内壁一般有100～200 mm 间隙，取150 mm ，则可排砖数为：

58.733021502800=?-=n 最终确定并排7片

所以，窑内宽=330×7+150×2=2610 mm ，最后定窑内宽为2610 mm 。 2.2.2 内高

内高为窑道内整个空间的高度，等于辊上高（辊道中心线至窑顶的距离）与辊下高（辊道中心线至窑底的距离）之和。内高必须合理，既能有利于产品换热满足烟气有足够的流动空间，又必须满足一定的烧成空间和冷却空间，所以，内高的确定有一定的原则，为了有利于热量的传递，三带的内高不应一样，烧成带和急冷、缓冷带由于温度较高，为了保证有足够的烧成空间和冷却空间。所以，内高可较其他两带稍高一些。

取内高如下：

标准砖：230×114×75mm 。一般考虑耐火砖及轻质砖灰缝在2～4mm ，红砖在7～10mm ，此次设计考虑耐火砖灰缝取3mm 。预热带，缓冷带和快冷带孔砖上排3层砖，

2.3 烧成制度的确定

（1）温度制度：

○1 烧成周期:40.5min ○2 各温度段的划分与升温速率

2.4 窑长及各带长 2.4.1窑长

）

窑㎡（）（）

窑㎡（）产品合格率（）年年工作时间（）窑烧成周期（）年㎡年产量（窑容量01.549%

9824330605.4033019500%=??÷??=??=h h

我取同一列砖的距离为30 mm ，则装窑密度=每米排数×每排片数×每片砖面

积

=

30

4901000

+×7×0.49×0.33=2.17（窑m ）

所以， 窑长=

m 25317

.201

.549==装窑密度窑容量。

利用装配式，由若干节相互联结组成，每一节设定的长度设计为2002 mm ，节和节之间的联结长度 8 mm ，由此知晓总长度 2010 mm

节数=

（节）126010

.2253

=取节数为126节。 所以，窑长度为：L=2.010×126=253m 2.4.2 各带长

抽烟段：

08.102010

%

8253000=? （节） 取 10节

预热带：72.272010

%

22253000=? （节） 取28节

烧成带：61.292010.5%

23253000=? （节） 取30节

保温带：56.72010%

6253000=? （节） 取7节

急冷段：56.72010

%

6253000=? （节） 取7节

缓冷段：5.312010

%

25253000=? （节） 取32 节

快冷段：97.112010

.5%

9253000=? （节） 取12节

3 工作系统的确定

3.1 排烟系统

在窑前段第1、3、5、7节设置排烟口，采用4段分散排烟的方式，且上下交错分布，使内部气流扰动剧烈，排水效果较好。在每段排烟处设4个排烟口直通窑体外，在排烟口出口处设置一条支烟管，每条支烟管设置排烟闸，以调节烟气支流量。然后经水平分管进入总烟管，水平管道第3、4节之间设置排烟闸，控制水平管道的烟气量。总烟管设于窑顶，上有总闸。利用烟气抽力，引导窑内气体流运动。

在第9节处设置一个工作平台，上面布置两台排烟风机，一台为正常运作风机，另一台备用。

3.2 燃烧系统

在辊子上下各设一层烧嘴，同一层烧嘴两侧交错布置，同一侧烧嘴上下交错布置。烧嘴的对侧是观察孔，以便更好的观察火焰的燃烧情况，便于操作控制。

为均匀窑温，强化窑内对流换热，在选择烧嘴时，选用小流量高速烧嘴，本设计采用的是佛山市克罗姆热能技术有限公司的KIC KIO型燃气高速脉冲烧嘴.该高速脉冲烧嘴，可直接点火及控制。最佳燃烧使得污染物排放水平极低。

3.2.1 烧嘴的设置

日产19500M2内墙釉面砖素烧辊道窑因为用的燃料是天然气。本设计从预热带开始设置烧嘴，这样利于快速升温，缩短烧成周期，但是低温段烧嘴不宜多，则在第15-25节，每节下排两侧各设置一对

3.2.2 烧嘴布置

3.3 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，达到节能的目的。

3.3.1急冷通风系统

急冷风系统是使用冷风迅速冷却产品的一个过程，是从温度高达一千多度迅速冷却到六、七百度的一个过程。这次的设计是在急冷段使用节的窑长去实施急冷，辊的上和下每节放置6对Φ90不锈钢急冷风管，使其交错横穿过窑体内部

3.3.2缓冷通风系统

缓冷通风系统是使石英转换成晶型的一个系统，和它名字一样，它的冷却是一个十分缓慢的过程。

这次设计和很多辊道窑设计一样采取抽热风的的缓冷方法，在缓冷风系统处打算每节窑顶部放两个抽热的风口（含两个抽热风孔），闸板设计在缓冷风管的总管处，另外还需要缓冷风机来抽取空气冷却。

在第84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114十六节窑顶设置抽热风口，每处设置4个小抽热风口。

3.3.3快冷通风系统

快冷通风系统是待产品冷却到四百度之后迅速冷却产品的过程，而且必须保证出窑产品温度得小于八十度，否则产品会破裂。

这次设计使用不锈钢冷风管和急冷段一样采取七对Φ90不锈钢快冷风管。

3.4 窑体附属结构

3.4.1 事故处理孔

事故处理孔的布置的好坏，能够直接影响到我们处理事故的效率和有效程度，并且事故处理孔布置的数量应该布置的越少越好，因为如果布置过多，反而会导致窑体的密封不够，影响烧成，本次设计的强辐射窑顶辊道窑事故处理孔的布置如下图所示：

与此同时，我们不能忽略气体跑出导致窑体密封失效的这个问题，所以在烧成过程中必须将事故处理孔采取密封的措施，我们需要额外使用棉花将其塞住更能保证它的密封性。

3.4.2 测温孔

为严密监视及控制窑内温度制度，及时调整烧嘴开度，一般在窑道顶及火道侧墙留设若干处测温孔以安装热电偶。测温孔间距一般为3～5米，高温段布密些，

低温段布稀些，在烧成曲线的关键点，如氧化末段、晶体转化点、釉始溶点、成瓷段、急冷结束等都应设测温孔。

本设计如下：第1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125节的窑顶和辊下侧墙各设置一个测温孔。

3.4.3观火孔

在每个烧嘴的对侧窑墙设置直径50mm的观火孔，以便及时观察对面烧嘴火焰情况。遇到事故处理口，取消观火孔。

3.4.4膨胀缝

窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免砌体开裂、挤坏，必须重视窑体膨胀的留设，窑墙、窑顶等砌体都要留设，一般每隔2m左右留设20mm膨胀缝，内填陶瓷棉或石棉。

3.4.5挡墙、挡板

由于辊道窑属中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，难以调节窑内压力制度及温度制度。因此，通常在辊道窑工作通道的某些部位，辊下筑挡墙，辊上插挡板，缩小该外工作通道面积，以增加气流阻力，便于压力与温度制度的调节。

为了更好的调节窑炉内温度制度的调节，本设计将在每个换带之间设计上挡板，在烧成带和冷却带设置挡墙、挡板是为避免烧成带的烟气倒流，又避免了压力波动时急冷风窜流向烧成带而降低高温区温度。再一个就是防止高温烟气的辐射对急冷管的损害。预热带设置挡墙、挡板可以增加烟气在高温区的滞留时间，提高烟气利用率且可控制低温区的温度。