年产60万件卫生洁具燃气隧道窑设计说明书大学论文.doc

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2°C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
SiO2
AL2O3
CaO
MgO
FeO
K2O
Na2O
TiO2
灼失
百分含量
65.7
20.04
0.32
0.23
0.34
3.12
0.20
4.9
4.8
1.2.2 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14～18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1230℃
1.2.7 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
CH4
C2H6
H2S
CO2
N2
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：380×750×38mm（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：16×60/63=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+65×3 =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+70×2）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：1350mm
2.3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
20～600
600～1200
1200～1230
1230～800
800～400
400～80

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
16
1～8
预烧带长
24
9～20
烧成带长
18
21～29
过渡节
2
30
急冷带长
8
31～34
间接缓冷
16
35～42
快冷带
14
43～49

2.3.1 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：(24Χ63Χ24Χ330Χ96%Χ10-4)/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 0<Pa<15 Pa

4 .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1～8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℃。根据该企业工程技术人员的选材校核技术，我对所选择的材料作了一些相应的校核计算。
1、根据工业窑炉最高工作温度及各部分工作温度选用隧道窑炉壁及各部分壁衬材质。
2、以窑炉窑壁传热计算结果为依据，确定窑炉炉壁衬结构（壁衬总厚度、各层壁衬材料厚度），并预测纤维炉衬的经济效果。
炉衬稳定态传热是个综合过程，一般由三部分组成（见下图）。
`
炉内热源以辐射和对流方式向炉壁内表面（热面）给热Q1，使炉壁热面温度上升，最后稳定在某一温度。
炉壁内部，由炉壁热面向炉壁外表面（冷面）传导热量Q2。

炉壁冷面向环境散热，用To表示环境温度，只要冷面温度大于环境温度，炉冷面即以辐射给热和对流给热方式向环境散热，用Q3表示。

稳定态传热条件下：
①炉壁热面向炉壁冷面的传热计算
炉壁热面向炉壁冷面的传热为传导传热，其计算公式为：
Q2=T1/R-T2/R
R—为热阻，单层炉壁R=S/λ，双层炉壁R= S1/λ1+S2λ2，
N层炉壁R= S1/λ1+S2/λ2+S3/λ3+…Sn/λn
λ—为炉壁导热系数，W/（M·K）
S—为炉壁厚度，M。
②炉壁冷面向环境的散热计算
炉壁冷面向环境的散热，其计算公式为：
Q3=Q辐射+Q对流
在窑炉设计中，常采用以下简化公式计算炉壁冷面向环境散热量W/（M·K）.
Q3=(9+0.06T外)（T外-20）
③多层窑炉各层厚度计算，（以下图所示三层炉壁为例）。
`内
外

S1=λ1（T1-T2）/Q3
S2=λ2（T2-T3）/Q3
S3=λ3（T3-T外）/Q3
窑体材料校核计算：
由于计算各带的方法是相类似的，所以现只以烧成段最高温度一箱为例说明，其他段方法一致。烧成段窑墙结构示意图如下：
普
通
硅
酸
铝
纤
维
毡
S4
高
铝
纤
维
毯
S3
轻
质
粘
土
砖
S2
JM
26
莫
来
石
砖
S1

外
内

材料：s1用JM26莫来石砖，厚度为230mm,导热系数λ1=0.30，长期使用温度1250℃
s2用轻质粘土砖，厚度115mm,导热系数λ2=0.375，长期使用温度1160℃
s3用高铝纤维毯，厚度为80mm, 导热系数λ3=0.152
s4用普通硅酸铝纤维毡，厚度为100mm, 导热系数λ4=0.15
已知条件，使用温度—1250℃，最高使用温度—1300℃；
R=0.23/0.3+0.115/0.375+0.08/0.152+0.1/0.15=2.26（C.m2 /W）
Q=(1250-80)/2.26=517.70(W/m2)
验算：T1=1250℃
T2=T1-[Q×(s1÷λ1)]= 1250-[517.70×(0.23÷0.3)]=852.9℃
T3=T2-[Q×(s2÷λ2)]= 852.9-[517.70×(0.115÷0.375)]=694.0℃
T4=T3-[Q×(s3÷λ3)]= 694.0- [517.70×(0.08÷0.152)]=421.0℃
T5=T4-[Q×(s4÷λ4)]= 421.0-[517.70×(0.1÷0.15)]=75.70℃
经过计算完全符合要求不仅造价少，而且热流小，即通过窑体的散热小。

同理可得，经过对预热带、烧成带、急冷带、缓冷带、的材料校核计算，所选用的材料厚度均符合设计要求。
现将材料选型列入下表：（所选材料都是根据市场的尺寸选）

窑炉各段各部位耐火保温材料及其厚度如下：

窑顶部分：
第1-8节窑顶（厚125mm）：25mm堇青莫来石中空棚板+100mm硅酸铝纤维毯；
第9-15节窑顶（厚185mm）：25mm堇青莫来石中空棚板+ 60mm硅酸铝纤维毯+100mm硅酸铝纤维毯（50+50）；
第16-21节窑顶（厚310mm）：250mmJM26-0.9莫来石（250*248*194）+ 20mm标准硅酸铝纤维毯+40mm硅酸铝纤维毯；
第22-30节窑顶（厚340mm）：280mmJM28-0.9莫来石（280*248*194）+ 20mm高铝纤维毯+40mm硅酸铝纤维毯；
第31-34节窑顶（厚310mm）：250mmJM26-0.9莫来石（250*248*194）+ 20mm标准纤维毯+40mm硅酸铝纤维毯；
第35-42节窑顶（厚260mm）：200mm0.8高铝聚轻球（200*248*198）+ 20mm标准硅酸铝纤维毯+40mm硅酸铝纤维毯；
第43-49节窑顶（厚190mm）：150mm0.8高铝聚轻球（150*248*198）+40mm硅酸铝纤维毯；
窑墙部分：
第1-8节窑墙（厚445mm）：（230+115）mm轻质保温砖+100mm岩棉毡；
第9-15节窑墙（厚445mm）：230mmJM23莫来石+ 115mm轻质粘土砖+50mm硅酸铝纤维毯+50mm硅酸铝纤维毡；
第16-21节窑墙（厚525mm）：230mmJM26莫来石+115mm轻质粘土砖+80mm硅酸铝纤维毯+50mm硅纤维毯+50mm硅纤维毡；
第22-30节窑墙（厚525mm）：230mmJM26莫来石+115mm轻质粘土砖+80mm高铝纤维毯+（50+50）mm硅纤维毡；
第31-34节窑墙（厚525mm）：230mmJM23莫来石+115mm轻质保温砖+130mm硅纤维毯（80+50）+50mm硅酸铝纤维毡；
第35-42节窑墙（厚445mm）：230mm聚轻高铝砖+115mm轻质保温砖+50mm硅纤维毯+50mm岩棉毡；
第43-49节窑墙（厚445mm）： 345mm轻质保温砖（230+115）+100mm岩棉毡。

6.燃料燃烧计算

燃料天然气:
燃料组成
CH4
C2H6
H2S
CO2
N2
其它
百分比
86.8%
0.11%
0.879%
4.437%
7.537%
0.343%
6.1所需空气量
理论需氧量La0= [0.5CO+0.5H2+∑（n+m/4）Cn+Hm+3/2H2S-O2] ×0.01
=[2×CH4+3.5×C2H6+1.5×H2S] ×0.01
=1.713 Nm3/Nm3
采用氧浓度为21%的助燃风
则理论空气量：Va0=La0/0.21=1.713/0.21=8.16 Nm3/Nm3
取空气过剩系数n=1.05
则实际空气量：Va=n×Va0=1.05×8.16=8.568 Nm3/Nm3
6.2 燃烧产生烟气量
6.2.1理论烟气量
Vg0=[CO+H2+∑(m+n/2)×CnHm+2H2S+CO2+SO2+N2+H2O] ×0.01+0.79Va0
=[4.5×84.81+7×0.107+2×0.8588+7.91]×0.01+0.79×8.16
=10.37Nm3/Nm3
6.2.2 实际烟气量
Vg=Vg0+（a-1）Va0=10.37+(1.05-1.00)×8.16=10.778 Nm3/Nm3
6.3 燃烧温度
6.3.1燃料的低热值
QDW=35000 kJ/Nm3 （约8300 kcal/Nm3）
6.3.2计算理论燃烧温度
t=（QDw+VaCata+CfTf）/（VC）
估计理论燃烧温度在2000 ℃ 左右，查表在t=2000℃时的烟气比热为C=1.67 kJ/(Nm3•℃)，
在室温20℃时空气比热为Ca=1.30 kJ/(Nm3•℃)，
天然气的比热为Cf=1.56 kJ/(Nm3•℃) ，代入公式得

t=（QDw+VaCata+CfTf）/（VC）
= (35000+8.57×1.30×20+1.56×20)/（10.778×1.67）=1959℃
相对误差为：（2000-1959）/1959=2.09%<5%，认为合理。
取高温系数n=0.8，则实际燃烧温度为0.8×1959=1567℃，比烧成温度高出337℃，认为合理。

7.物料平衡计算
7.1 每小时烧成干制品的质量
Gm==420×3.9=1638 kg/h
每小时进3.9车，每车装载制品420 kg【每件制品取按两种标准制品的平均数算（15+20）/2=17.5kg】
7.2 每小时入窑干坯的质量
G1= Gm·=1638×=1720 kg/h
7.3 每小时欲烧成湿制品的质量
G2= G1·=1720×=1737 kg/h
7.4 每小时蒸发的自由水质量
GW= G2- G1=1737-1720=17 kg/h
7.5 每小时从精坯中产生的CO2质量
7.5.1 每小时从精坯中引入的CaO和MgO质量 计算
Gco= G1·CaO%=1720×0.32%=5.55 kg/h
G= G1·MgO%=1720×0.23%=4.0 kg/h
7.5.2 产生的CO2质量
Gco= Gco·＋G·=8.76kg/h
7.6 每小时从精坯中排除结构水的质量Gip
Gip=G1×IL%- Gco=1720×4.8%-8.76=73.8 kg/h
7.7窑具的质量Gb
每车的火道支柱，横梁，支柱，硅板以及棚板共重约300 kg
Gb=300×3.9=1170 kg/h

8.热平衡计算
8.1 预热带、烧成带热平衡计算：
计算基准：基准温度 0℃
基准质量 1小时进入系统的物料
热平衡示意图如下：

图8-1　预热带烧成带热平衡框图
热收入： 热支出：
制品带入显热：Q1 产品带出显热：Q3
棚板、立柱带入显热：Q2 棚板、立柱带出显热：Q4
燃料带入的化学显热：Qf 窑顶、窑墙散热：Q5
助燃空气带入显热：Qa 窑车积蓄和散失之热：Q6
从预热带不严密处漏入空气带入显热：Qb 物化反应耗热：Q7
气幕带入显热：Qo/ 其他热损失：Q8
Qa +Qb=Qo
8.1.1 热收入项目
8.1.1.1 制品带入显热Q1
每小时入窑湿制品质量G0=1720/(1-0.01) =1737㎏/h
入窑制品温度t1=40℃ 此时制品的比热C1=0.92 kJ/（ ㎏•℃）
则：
Q1= G0×C1×t1=1737×0.92×40=63921.6 （kJ/h）
8.1.1.2 棚板、立柱带入显热Q2
每小时入窑棚板、立柱质量Gb=1170 kg/h
入窑棚板、立柱温度t1=40℃ ，
则此时棚板、立柱的比热C1=0.851 kJ/（ kg•℃）
则：
Q2=Gb×C2×t2=1170×0.851×40=39826.8 （kJ/h）
8.1.1.3 燃料带入的化学显热Qf
Qd=35000 kJ/ Nm3
入窑天然气温度：tf=20℃,此时天然气平均比热cf=1.56 kJ/(Nm3·℃)
设每小时消耗的燃料量为Xm3/h
则：Qf=x(Qd+cf×tf)=x(35000+1.56×20)=35031.2 x （kJ/h）
8.1.1.4 助燃空气带入显热Qa
全部助燃空气作为一次空气，燃料燃烧所需空气量已求得：
Va=8.568x Nm3/ Nm3
助燃空气温度 ta=20℃,此时空气平均比热ca=1.30 kJ/(Nm3·℃)
则：
Qa= Va×ca×ta =8.568x×1.30×20=222.768x （kJ/h）
8.1.1.5 从预热带不严密处漏入空气带入显热Qb
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=8.16 Nm3/ Nm3
烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.05。
Va/=x×（ag-af）×Va0=x(2.5-1.05)×8.16=11.832x （Nm3/h）
漏入空气温度为ta/=20℃
此时 Ca/=1.30 kJ/(Nm3·℃)
则：
Qa/= Va/× Ca/× ta/=11.823 x×1.30×20=307.632x （kJ/h）
8.1.1.6 气幕带入显热Qm
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：Vm=0.6Va=0.6×8.568x=5.1408x （Nm3/h）
设tm=20℃，查得Cm=1.30 kJ/(Nm3·℃)
Qm= Vm×Cm×tm=5.1408x×1.30×20=133.66x （kJ/h）
8.1.2 热支出
8.1.2.1 产品带出显热Q3
出烧成带产品质量：G3=1637 Kg
出烧成带产品温度 ：t3=1230 ℃
查手册[11]，此时产品平均比热 ：C3=1.20 kJ/(kg• ℃)
则：
Q3=G3×C3×t3=1802×1224×1.20=2416212 （kJ/h）
8.1.2.2 棚板、立柱带出显热Q4
棚板、立柱质量：G4=1170 kg/h
出烧成带棚板、立柱温度：t4=1230℃
此时棚板、立柱的平均比热：
C4=0.84+0.000264t=0.84+0.000264×1230=1.16 kJ/(kg· ℃)
则：Q4= G4×C4×t4=1170×1.16 ×1230=1676148.6 （kJ/h）
8.1.2.3 烟气带走显热Qg
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Vm=5.1408x (Nm3/h)
离窑烟气体积：Vg=[Vg0+（ag-1）×Va0]x+Vm 烟气温度为250℃
此时烟气比热：Cg=1.44 kJ/( Nm3·℃)
则：
Qg＝Vg×Cg×tg＝{[10.778+(2.5-1) ×8.16]x+5.1408x}×1.44×250＝10137.168x （kJ/h）

8.1.2.4 窑顶、窑墙散热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四段计算 窑墙平均高度（2090+2160）/2=2125mm
窑顶平均宽度（3050+3150）/2=3100mm
第1至8节，长16米，温度范围20-600 ℃,平均温度310 ℃,外壁温度80℃
q1===210 W/m
q2===63.8 W/m
Qa=210×3.1×16+64 ×2.125×16×2=14768 （kJ/h）
第9至15节，温度范围为600-900 ℃ ，长14米,平均温度750 ℃
q3===394.12 W/m
q4===352.63W/m
Qb=394.12×3.1×14+352.63 ×2.125 ×14×2=38086.29 （kJ/h）
第16至21节，温度范围900-1200 ℃ 长16米，平均温度1050℃
q5===631.4W/m
q6===364.8W/m
Qc=631.4×3.1 ×16+364.8 ×2.125×16×2=56123.8 （kJ/h）
第22至30节，温度范围1200-1230℃长18米，平均温度1215°C
（kJ/h）
（kJ/h）
Qd=718.35×3.1×18+502.21×2.125×18×2=78502.96（kJ/h）
Q5=14768+38086.29+56123.8+78502.96=187481.05 （kJ/h）
8.1.2.5 窑车积蓄和散失之热Q6
取经验数据，占热收入的10%。
8.1.2.6 物化反应耗热Q7
自由水的质量 Gw=17 kg/h
烟气离窑的温度tg=250℃。制品中AL2O3含量为22.5%
则可得：
Q7=Qw+Qr=17×（2490+1.93×250）+73.8×2100×0.225=85403（kJ/h）
8.1.2.7 其他热损失Q8
取经验数据，占热收入的5%。
8.1.2.8 列出热平衡方程
由热平衡方程：热收入=热支出，有
Q1+Q2+Qf+Qa+Qb+Qm=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q8
解得x= 211.69 Nm3/h
单位燃耗：211.69/1637=0.1293（标准立方米/千克瓷）
单位热耗：0.1293×35000=4525.5 (千焦/千克瓷)
8.1.2.9 预热带、烧成带热平衡表预热带、烧成带热平衡表如表8-2所示。
表8-2　预热带、烧成带热平衡表
热 收 入
热 支 出
项　目
(kJ/h)
（%）
项　目
(kJ/h)
（%）
坯体带入显热
63921.6
0.83
产品带走显热
2416212
31.54
燃料化学显热
7415754.73
96.80
烟气带走显热
2145937.09
28.01
助燃空气显热
47157.76
0.62
窑墙、窑顶带走显热
187481.05
2.44
漏入空气显热
65122.62
0.85
物化反应耗热
85403
1.11
棚板、立柱带入显热
39826.8
0.52
棚板、立柱带出显热
1676148.6
21.88
气幕显热
28294.49
0.38
窑车积、散热
766007.8
10

其它热损失
383003.9
5
总　计
7660078
100
总　计
7660193..44
100
分析：热支出于热收入之间的差值
Q=7660193.44-7660078=115（）
两者之间存在差值，是因为预热带窑内负压在该次计算中忽略了窑底漏入窑内风带来的热量，实际上虽然窑车上下压力控制手段非常完善，但仍有误差，由于误差很小所以整个预热带、烧成带热量可认为是收支平衡的。
由上表可以看出热支出项目中,产品带走显热和物化反应耗热两项不可能减少，而其它三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。在资金允许得情况下,减少窑体散热可采用新型耐火、隔热材料。
8.2　冷却带热平衡计算:
计算基准：基准温度 0℃
基准质量 1小时进入系统的物料
热平衡示意图8-3

图8-3　冷却带热平衡框图
热收入：
制品带入显热：Q3 棚板、立柱带入显热：Q4
窑车带入显热：Q9 急冷风与窑尾风带入显热：Q10
热支出：
产品带出显热Q11 棚板、立柱带出显热Q12
窑车带走和车下散失之热Q13 窑顶、窑墙散热Q14
从窑道内抽出热空气带走显热Q15 其它热损失Q16
8.2.1热收入项目：
8.2.1.1 制品带入显热Q3
此项热量即为预热、烧成带产品带出显热Q3=2416212（kJ/h）
8.2.1.2 棚板、立柱带入显热Q4
此项热量即为预热、烧成带棚板、立柱带出显热 Q4=1676148.6（kJ/h）
8.2.1.3 窑车带入显热Q9
预热带、烧成带窑车散失之热占积、散热的5%，而95%的积热进入冷却带。
则：Q9=0.95×Q6=766007.8×0.95=727707.4 （kJ/h）
8.2.1.4 急冷风与窑尾风带入显热Q10
设窑尾风风量为Vx,一般急冷风量为窑尾风量的（1/2-1/4），本设计取急冷风是窑尾风的1/2，则急冷风与窑尾风的总风量为：1.5Vx。
空气的温度ta=20℃,此时空气的平均比热ca=1.30 kJ/(Nm3·℃）.
则：Q10=Va×ca×ta=1.5Vx×1.30×20=39Vx（kJ/h）
8.2.2 热支出项目：
8.2.2.1 产品带出显热Q11
出窑产品质量G11=1637㎏
出窑产品温度 t11=80℃， 产品比热 C11=0.896kJ/(kg·℃)
Q11=G11×C11×t11=1637×80×0.896=117340.16 （kJ/h）
8.2.2.2 棚板、立柱带出显热Q12
出窑棚板、立柱质量G12=1170 kg/h
出窑棚板、立柱温度t12=80℃， 棚板、立柱比热C12=0.861 kJ/（kg·℃）
Q12= G12 × C12× t12=1170×0.861×80=80589.6 （kJ/h）
8.2.2.3 窑车带走和车下散失之热Q13
此项热量占窑车带入显热的55%。
Q13=0.55×Q9=0.55×727707.4=400239.07（kJ/h）

8.2.2.4 窑顶、窑墙散热Q14
根据各处的材料，并考虑温度范围不能太大，将窑墙分三段计算其向外散热 急冷从第31至34节，温度范围为1230-800 ℃ 长8米,平均温度1015 ℃
q1===653.85 W/m
q2===346.30W/m
Qa=653.85×3.15×8+346.30 ×2.125×8×2=28251.22 kJ/h
缓冷从第35至42节，温度范围800-400°C 长16米,平均温度600 ℃
q3===584.27 W/m
q4===208 W/m
Qb=584.27×3.15 ×16+208 ×2.125 ×16×2=43591.21 （kJ/h）
快冷带从第43至49节，温度范围为400-80长14m,平均温度240°C
q5===258（kJ/h）
q6===44.20（kJ/h）
Qc=258×3.15×14+44.20×2.125×14×2=14007.7（kJ/h）
Q15=28251.22+43591.21+14007.7=85850.13（kJ/h）
8.2.2.5 从窑道内抽出热空气带走显热Q15
假设抽出热空气平均温度ta=300℃，查得Ca=1.32 kJ/(Nm3·℃），该窑不用冷却带热空气做二次空气，冷却带鼓入风量全部用于气幕，体积为Va=1.5Vx Nm3。漏出空气忽略不记．
则：Q16=Va×Ca×ta=1.5Vx×300×1.32=594Vx （kJ/h）
8.2.2.6 它热损失Q16
按占冷却带热收入总量的10%计算。
8.2.2.7热平衡方程式
列出热平衡方程式 ：
热收入=热支出，即：
Q3+Q4+Q9+Q10=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15+Q16
带入数据得：Vx = 6537.92 Nm3/h
所以：窑尾风量6537.92 Nm3/h 急冷风量 3268.96 Nm3/h
抽送热空气风量9806.88 Nm3/h
8.2.2.8 冷却带热平衡表
冷却带热平衡表如表8-4所示。
表8-4　冷却带热平衡表
热 收 入
热 支 出
项 目
(kJ/H)
(