硅酸盐热工基础
硅酸盐热工基础燃料及其燃烧
第一节 概述
硅酸盐产品在烧成过程中需要消耗大量的 热量。热量的来源有两种：一种是由燃料 燃烧产生，系利用化学能转变为热能的形 式；一种是以电为热源，系使电能转变为 热能的形式。前者资源丰富，价格低廉； 后者热利用率高，利于提高产品质量，操 作条件好，但资源有局限性，成本高。故 目前硅酸盐工业窑炉的热源仍以燃料为主。10来自2 固体和液体燃料的性质
C 主要的可燃元素 H 主要的可燃元素，有益，二种形态可燃氢、化合氢 O 有害元素 N 惰性元素，有害、污染 S 可燃元素，污染，三种形态有机硫、黄铁矿硫和硫
酸盐硫
11
A 有害成分，①直接关系到焦碳的灰分从 而影响冶炼的技术经济指标。②降低煤 的发热量。③灰分结渣，容易造成不完 全燃烧，给设备的维护和操作带来困难。
人造固体燃料主要是煤和木材经加工后制得 的焦碳和木炭。
工业应用中主要是煤和焦碳。
5
煤的种类 1、根据古代植物埋藏于地下的年代和碳化程 度划分为：泥煤，褐煤，烟煤和无烟煤四大类。 2、动力用煤根据煤的挥发分高低，并参考其 水分与灰分含量，把煤分为石煤，褐煤，烟煤 （包括贫煤和劣质烟煤）和无烟煤四大类，将 无烟煤、烟煤和石煤各再分为三类。 3、冶金工业根据煤的结焦性强弱和挥发分高 低进行分类，对烟煤进一步分类为：长焰煤、 气煤、弱还原煤、半炼焦煤、焦煤、肥煤、瘦 煤和贫煤等。
1
1 燃料的定义：是在空气中容易燃烧，并 能够比较经济地利用其燃烧热的物质的 总称。燃料的供给应该比较容易，价格 低廉，储存、运输和使用等即便利又安 全。按其状态可分为：气体燃料、液体 燃料和固体燃料。
2 燃烧的定义：是通过燃料和氧化剂在一定 条件下，所进行的具有发光和发热特点的剧 烈的氧化反应。
硅酸盐工业热工基础课程历史沿革
习题解答指导流体力学基础部分[1.1] 流体的粘度与哪些因素有关？它们随温度如何变化？为什么？答：流体的粘度与流体的种类、流体的温度和外界压力有关；液体的黏度随温度的升高而降低，气体的黏度随温度的升高而增大；因为温度升高，液体分子之间的间距增大，分子间的作用力降低，使液体的黏度降低；对于气体，当温度升高时，分子间的热运动加剧，使其黏度增加。
[1.2] 按连续介质的概念，流体质点的含义是什么？答：流体质点是指含有大量分子的流体微团，其尺寸大小比实际流体流动过程中的设备尺寸小的多。
故可假设流体是由大量质点所组成、彼此间没有空隙、充满它所占据的整个空间的一种连续介质。
[1.3] 理想流体的特征是什么？答：理想流体的特征是其黏度等于零。
[1.4] 为什么水通常被视为不可压缩流体？答：因为水在 5 个大气压时的体积压缩率仅为 5.41×10 -10 1/Pa ，其压缩性较小，所以水通常被视为不可压缩流体。
[1.5] 静止流体受到哪几种力的作用？答：静止流体受到的作用力有：流体的静压力，流体的重力和液面的压力。
[1.6] 什么是流体静压力 ? 它有哪些特征 ?答：流体静压力是指在相对静止的流体内部以及流体与固体壁面之间的垂直接触面的作用力。
其特征有：（ 1 ）在静止流体中，任一点的静压强在各个方向上大小相等；（ 2 ）流体静压强的方向沿着作用面的内法线方向。
[1.7] 某点的真空度为 65000 Pa ，当地大气压为 0.1MPa ，该点的绝对压强为多少？解：绝对压强Ｐ＝0.1×10 6 － 65000 ＝ 35000 （ Pa ）[1.8] 什么是等压面？等压面的条件是什么？答：等压面是压强相等的点所组成的平面。
等压面的条件有：（ 1 ）静止流体；（ 2 ）同种流体；（ 3 ）连续流体。
[1.9] 相对平衡的流体的等压面是否为水平面？为什么？什么条件下的水平面是等压面？答：相对平衡的流体的等压面一定为水平面，根据静力学的基本方程式，同种流体只有在其深度相等时，其压强才能相等，故相对平衡流体的等压面一定为水平面。
硅酸盐工业热工基础知识课后复习标准答案
硅酸盐工业热工基础作业答案2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m2胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。
48w/m.cQ=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104W2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁由Q=t∆/R或q=t∆/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才行单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m.硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层)Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3Rt1=Rt2⇒0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。
2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C粘土砖的平均导热系数λav=0.835X0.58X103-X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X103-=1.067W/m.CR2=R1+δ=1.08m当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.080.85=4200W/m因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。
做法与2－1同。
2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁单值条件λ1＝50W/m。
C λ2＝0.1 W/m。
硅酸盐热工工业基础 燃烧2
第三节燃烧过程基本理论一、燃烧过程概述燃料的种类很多，由状态来分，有固体、液体及气体燃料三种。
它们的化学组成也各不相同，但从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成；一种是可燃气体如H2、CO及C m H n等，另一种是固态炭。
例如：气体燃料的燃烧，亦即可燃气体的燃烧；液体燃料燃烧时，由于加热后气化形成气态烃类以后在高温缺氧时，有一部分烃类裂解生成固态炭粒及较小分子量的烃类或氢，因此液体燃料的燃烧，可以看作是可燃气体及固态炭的燃烧。
固体燃料在受热时，挥发分逸出，剩下的可燃物为固态炭，因此固体燃料的燃烧实质上也是可燃气体及固态炭的燃烧，所以研究燃料的燃烧过程，可以从分别研究两种基本燃料组成的燃烧过程着手。
燃烧，是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量的热量并伴随着有强烈的发光现象。
燃烧有两种类型，一种是普通的燃烧，亦即正常的燃烧现象，靠燃烧层的热气体传导传热给邻近的冷可燃气体混合物层而进行火焰的传播。
正常燃烧的火焰传播速度较小，仅每秒几米，燃烧时压力变化较小、一般可视为等压过程。
另一种是爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度以上而燃烧，火焰传播速度大，约为l000～4000米／秒。
通常是在高压、高温下进行。
一般窑炉中燃料的燃烧属于普通的(正常的)燃烧。
燃烧的条件除要有燃料及空气存在外，尚需达到燃烧所需的最低温度～着火温度。
二、可燃气体反应机理连锁反应：CO 、H 2、CH 4。
三、碳的燃烧机理碳的燃烧是两相(气－固相)反应的物理—化学过程。
氧气扩散至炭粒表面与它作用，生成CO 及CO 2气体再从表面扩散出来。
一部分学者认为氧气扩散至碳表面时，并不立即产生化学反应，而是被碳吸附生成结构不确定的吸附络合物C X O Y ，当温度升高时， 或在新的氧分子的冲击下可分解放出CO 及CO 2，其过程是：y x O C yO xC =+221}yx y x O C O O C 2+ 2nCO mCO +=生成的CO 与CO 2的比例(即m 、n 的数值)与温度有关。
硅酸盐热工基础与设备01 窑炉气体力学
1.3
1000℃时烟气的粘度为：
273 C T 0 T C 273
5 32
273 173 1273 2 1.587 10 ( )( ) 4.9 10 5 ( Pa s ) 1273 173 273
3
当量直径：
水利半径 RH
F S
流体在管道截面上的速度分布
层流
紊流
流体在管道截面上的速 度呈抛物线规律分布
紊流 区
过渡 区
层流 底层
层流底层厚度：
62
d Re
7 8
气体运动过程中的阻力损失
一、摩擦阻力 气体在管道内流动，由于管壁的摩擦作用以及 气体内部的摩擦作用，形成了管道对气体的摩擦阻力。 摩擦阻力的计算式： hlm = lλ/d·(ρu2/2) Pa 式中λ:摩擦阻力系数； l :管道长度，m； d :管道直径，对非圆形管道取当量直径de； ρu2/2 ：气体动压头，Pa
解：Vt=V0Tt /T0=1000×523/273=1916 m3
ρt=ρ0T0 /Tt=1.293×273/523 =0.67 kg/m3
由此可知，空气经过加热后体积明显增加， 密度明显下降，因此在窑炉的热工计算中，不 能忽略气体体积和气体密度随温度的 变化。
注：气体的标准状态（温度0 压强为 1.01*105 Pa的状态即一个大气压）
×F
V
×ρ
M
M=V ρ = uF ρ
F：截面积 ρ ：密度
流速、流量与温度和压强的关系:
液体：膨胀性、压缩性很小，V，u与P、T无关。 气体：膨胀性、压缩性很大，V，u与P、T有关。 气体 V、w变化规律: 状态1 P1、V1、T1、u1
硅酸盐工业热工基础网络分析题1
硅酸盐工业热工基础网络分析题1一工业窑炉机械排烟系统利用抽气机进行排烟。
工作一段时间后，窑炉内烟气不能很好的排出，试分析其原因。
工程师甲认为只要加大抽气机功率就可以满足排烟要求；工程师乙认为加大抽气机功率不一定能够满足排烟要求，而应采取其它措施。
两者到底谁说得对？你认为应该如何解决这一问题。
（要求：三问，使用①②③编号分三段解答，其它要求同格式范例。
答案字数200字以上,包括标点。
切记字数不够者,成绩无效!）网络邮件题目1姓名：梁海燕班级：无机1002班学号：1004230235答案：①工程师乙说得对。
在采用机械排烟时仍需要烟囱配合，此时的烟囱较低而小，相当于一段排风管。
在排烟过程中如果烟囱出了问题，窑炉内的烟气也是不能很好的排出。
当窑炉内的烟气不能很好的排出时，一方面要加大抽气功率另一方面也要对烟囱进行维修和改善。
②烟囱能够排烟的原理是是由于烟囱中的烟气受到大气浮力的作用，使之由上而下自然流动，在烟囱底部形成负压，而使窑内热烟气能源源不断地流入烟囱底部。
进而由抽气机将其抽出到大气中。
烟囱底部负压得绝对值称为烟囱的排烟能力。
抽力越大表示排烟的性能就越好。
烟囱的抽力是由其几何压头形成的。
当地空气的密度和烟气的密度影响其大小。
烟囱中热烟气的几何压头是推动力。
而摩擦阻力、局部阻力、气体动压头及几何压头增量是阻力。
当动力小于阻力的时候加大抽气功率烟气也不能排放到大气中。
同时也应该考虑当地的海拔高度的影响。
烟囱的抽力随海拔高度的升高而下降。
同样条件下的烟囱在沿海地区能正常工作但在高原地区往往不能正常工作。
硅酸盐工业热工基础14 阻力计算
同时，吸火孔则按窑内不同部位合理分布。 其基本原则是： 易散热或需热量多的部位吸火孔多留一些，
或吸火孔留大一点。其他部位吸火孔砌得小 一些。 吸火孔也如同管路系统中的分支并联管路一 样，吸火孔当量宜径大者，阻力小，流过的 热烟气量就多；吸火孔个数多，则总的孔隙 面积加大，流过的热烟气也多。其他部位相 对地流过的热烟气量较少。
15
在窑炉操作上，有时也可以利用阻力 损失的规律，按照我们的意图宋控制窑 炉内热气体的流动方向和热气体的流量， 以达到控制炉内各部分的温度。
16
例如： 在一般的倒焰窑中，水平截面上往往出现 温差，其造成的原因往往是由于吸火孔、 烟道结构的缺点所引起。
吸火孔分布在整个窑底上，而烟道仅设 置在局部位置上，而且主烟道一般又单 端排烟，这就形成靠近烟道处及在烟道 长度方向上靠近烟囱的一端温度高，而 离主烟道较远处及在烟道的封闭端的温 度较低。
引起边界层的分离，产生漩涡
而造成的能量损失
（2）局部阻力系数
层流:
B (Pa)
R 0.285 e
1.4.3流动的总阻力
hL hf
hl
(
l d
) w2
2
转向、变速 产生漩涡
5
影响局部阻力损失的因素
一般地，局部阻力损失远大于摩擦阻力损失。 当气体为紊流运动时，Ｒｅ对局部阻力系数影 响不大； 局部阻力系数的大小主要取决于局部阻力性质。
减少局部阻力的途径可归纳为五个字： 圆(进口和转弯要圆滑)； 平(管道要平、起伏坎坷要少)； 直(管道要直、转弯要少)； 缓(截面改变、速度改变、转弯等都要缓慢)； 少(涡流要少)。 这些都是从改进气体外部的边界和改善边壁对气流的
影响出发的。
22
硅酸盐热工基础第四章
（3）全煤气式
加
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
特征：炉篦上燃料层厚度为直火式的3倍以上， 一 次空气量不足，二次空气量为零。
燃烧产物中可燃成分占35~48%
实质是煤的气化
二 固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
层燃燃烧室（完全或半煤气燃烧）
燃烧状态：
大部分燃料在炉篦（栅）上燃烧。 可燃气体及一小部分细屑燃料则在燃烧室空间内 呈悬浮燃烧。
三项操作指标：填煤、拨火、除渣。
按煤与空气加入位置，分：逆流式、顺流式、
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
交叉式三类
逆流式（上饲式） 顺流式（下饲式） 交叉式（前饲式）
按操作方式，分：人工操作层燃燃烧（室）、
机械层燃燃烧（室）
（一） 人工操作层燃燃烧室 固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
2 计算步骤
略
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
（1）根据对热量的要求，考虑燃烧室效率， 确定燃烧室需要发出的热量或燃煤量B。
(2)根据工艺要求 选择燃烧室形式
B 200kg/ h，可采用人工操作 B 200kg/h ，尽量采用机械化操作
略
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
加
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
加热速率对挥发分析出的速率及其成分有很 大的影响； 慢速加热时大部分转化成碳，而快速加热 时则得到很少，甚至无碳。 煤粒终温对挥发分析出的最终产量影响很大： 随着热解温度的提高，挥发分产量可高达70% 以上，即挥发分并不是一个确定不变的常数。
干馏：挥发物分解。
温 度 预 热 干燥 干馏
吸热、不需空气
硅酸盐工业热工基础26燃烧与传热在硅酸盐工业中的应用
（1）传导传热 Q F t d
（2）对流传热 Q=αF(tw-tf) （3）辐射传热
Tm 2896
（4）黑体模型
Qnet,12
12
C0
[( T1 ) 100
4
( T2 ) 100
4
]12
F1
2.6.2 工业窑炉的传热 火焰对流、辐射 坯体表面、闸钵外表面、窑体内表面 闸钵外表面 传导 闸钵内表面 坯体表面 传导 坯体内部 窑体内表面 传导 窑体外表面 对流、辐射 环境
2.6.3 隧道窑内的传热
1）在火焰窑炉中，燃烧气体以辐射、对流的方式传热给 制品。
在预热带：T≤800℃，以对流传热为主； 在烧成带：T≥ 800℃，以辐射传热为主；如果窑内采
用气体循环，特别是采用高速调温喷嘴时，大大提高 了窑内气体的流速，提高了对流传热的分量 在冷却带：制品以辐射方式传热给窑墙、窑顶，同时 依靠空气的对流传热，将热量带走。由于冷却带只有 空气，空气不能接受辐射热，所以该带无气体辐射传 热。 2） 隔焰窑则靠发热元件辐射传热给制品。 3）制品在加热时，表面获得热量后，以不稳定导热方式 传热给内部，制品冷却时则相反； 窑墙和窑顶温度不随时间的变化而改变，窑墙和窑顶 表面获得热量后，则以稳定导热方式传热给外表面。 外表面通过向周围的辐射和外界空气的层流对流将表 面热带走。
2.6.44 倒烟窑内的传热
倒烟窑是间歇操作的窑炉，窑内制品、窑墙、窑顶的温度随 时间而改变，倒烟窑内所有传热属于不稳定传热。
1）低温阶段： 燃烧产物以对流传热方式传热给匣体外表面，匣体外表 面以传导方式传热给内表面，匣体内表面已辐射方式传 热给制品，此时，窑内以对流传热为主，辐射传热较少；
硅酸盐热工基础.PPT文档共96页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 5来自、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
硅酸盐热工基础.
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
硅酸盐热工基础
硅酸盐热工基础是指与硅酸盐材料相关的热工学基本知识和技术应用。
硅酸盐是一类由硅氧化合物和金属氧化物组成的化合物，常用于陶瓷、建筑材料、搪瓷等工业领域。
硅酸盐热工基础涉及的内容包括：
1. 硅酸盐的物理性质和热力学性质：硅酸盐材料的物理性质，如密度、热导率、热膨胀系数等，以及热力学性质，如热容、热吸收等。
2. 硅酸盐的热工过程：硅酸盐在加热和冷却过程中的热力学和热传导过程，包括传热和传质。
3. 硅酸盐材料的热工性能：硅酸盐材料在不同温度下的热膨胀性能、热稳定性能、高温抗氧化性能等。
4. 硅酸盐材料的加工和应用：硅酸盐材料的加工技术和应用领域，如烧结技术、陶瓷制造、建筑材料的应用等。
硅酸盐热工基础在陶瓷工程、矿业工程、建筑材料工程等领域具有重要的应用价值，在材料的制备、改性和性能优化等方面发挥着关键的作用。