陶瓷工业热工设备
热工设备
第三章隧道窑
烧成过程
1、20-200℃预热排除残余水分
2、200-500℃排除结构水
3、500-600℃石英晶型转化：β-SiO2→α-SiO2，体积膨胀控制不当（温度不均）导致开裂
4、600-1050 ℃氧化阶段：
硫化铁、有机物中碳的氧化，碳酸盐分解等
5、1050-1200 ℃还原阶段：
氧化铁还原为氧化亚铁
6、1200-1300 ℃烧结阶段：
7、冷却阶段：①1300-700 ℃急冷段
②700-400 ℃缓冷段石英晶型转化
③400-80 ℃
烧成制度的确定原则
包括：温度制度气氛制度压力制度
1、合理的温度变化速率：考虑制品内部温度均匀及物理-化学变化所需时间
2、适宜的保温时间
3、气氛控制：
4、合理的压力制度：
烧成制度举例P5
耐火材料的主要性能
1、耐火度：高温下抵抗熔化的能力（三角锥试样软化）
2、荷重软化点：在一定压强下加热，发生变形和坍塌时的温度
3、热稳定性（温度急变抵抗性、抗热震性）：热震试验
4、抗氧化腐蚀性
5高温体积稳定性：在高温下长期使用，抵抗体积不可逆变化的能力（用残余收缩/膨胀表示）
1、粘土砖：弱酸性耐火材料，热稳定性较好，荷重软化开始温度1250-1300℃，使用温度1300 ℃以下。
2、半硅砖：半酸性耐火材料，荷重软化开始温度高于粘土砖，但热稳定性比粘土砖稍差。
3、高铝砖：耐火度及荷重软化温度高于粘土砖，抗化学腐蚀性较好，但热稳定性稍差，使用温度1400-1600 ℃。
4、硅砖：酸性耐火材料，荷重软化开始温度高，热稳定性差，不适于间歇式窑炉。
5、镁砖：碱性耐火材料，耐火度很高，荷重软化温度低，热稳定性差。
6、镁硅砖：荷重软化开始温度较镁砖略高
7、镁铝砖：耐火度很高，荷重软化温度和热稳定性均好于镁砖，使用温度1700-1900 ℃。
8、刚玉砖：使用温度1800 ℃以下。
9、碳化硅耐火制品：导热系数高，高荷重软化温度和热稳定性，高的抗渣性和耐磨性。(可用于匣钵、棚板、隔焰板等)
10、含锆耐火材料及其它
砌窑用耐火混凝土
1、矾土水泥耐火混凝土（1300-1400℃）
2、磷酸盐耐火混凝土（1400-1600 ℃）
3、镁质耐火混凝土（1800 ℃）
砌窑用隔热材料
1、轻质耐火砖：制造耐火砖时加入特殊发泡物质，生成多孔的轻质耐火砖强度低、耐磨性和热稳定性差，不能直接与火焰接触。
2、高铝空心球砖：高温绝热性好、收缩性小、强度大、耐磨性好、抗腐蚀性强。
3、硅酸铝耐火纤维（陶瓷棉）：高耐火度、低导热系数、低蓄热量、轻质、吸音、耐热冲击、耐腐蚀等。
4、其它
工作系统及分带
1、分带：
预热带、烧成带、冷却带
2、流程：
坯体：预热带（烟气预热）→烧成带（火焰及燃烧产物加热烧成）→冷却带（冷空气）
燃烧产物：烧成带→预热带→排烟口→支烟道→主烟道→烟囱→窑外
空气：冷却带（被加热）→烧成带（作为助燃空气）
→抽出（用于干燥或气幕）
3、工作系统
①简单窑工作系统，无鼓风机和抽风机，只依靠烟囱吸入空气。结构简单，但温度分布不均，烧成温度低。
②一般窑工作系统(如图1-3)
烧油或气自燃烧室喷入烧成带，用风机控制压力。
少/无冷风进入烧成带，燃烧温度高并维持气氛。温度均匀、低热耗。
③隔焰窑工作系统
烟气不进入隧道而在隔焰道中流动换热。
隧道窑利用烟气预热坯体，利用产品冷却加热空气，且为连续性窑，窑墙、窑顶温度不变，热耗低。
隧道窑结构
窑体：窑体是由窑墙、窑顶和窑车衬砖围成码烧坯体的空间。
燃烧装置：包括燃烧室，烧嘴。
通风设备：排烟系统，气幕，气体的循环装置，冷却系统。
窑内输送设备：窑车、推板、输送带等。
窑体结构图
1-烧嘴；2-烧嘴砖；3-燃烧室；4-窑墙；5-拱顶
窑墙：作用：分隔，支撑，保温。性能：耐温，强度，隔热。窑墙尺寸应为窑砖尺寸整数倍。窑顶
结构如图：
1-拱顶；2-拱脚；3-拱脚梁；4-立柱；5-拉杆；6-检查坑；R-拱半径；B-跨度；α-拱心角；S-拱厚；f-拱高
类型有：半圆拱f=(1/2)B 标准拱(1/3~7/3) 倾斜拱(1/8~1/10) 平拱(0) f=拱高，B=跨度
窑顶需具备的性质:
1、耐高温，积散热小具有一定机械强度。
2、结构好不漏气，坚固耐用。
3、质量小，减轻窑墙负荷。
4、横推力小，少用钢材
5、减少窑内气体分层。
检查坑道：①作用：清理、冷却、检查、处理故障等②缺点：增加基建费用
窑门：升降式，进口设施内外双重门。出口设置一道窑门。
隧道窑进车段最好用金属卷帘式窑门。下缘接窑车上，进入车位后松开连接装置。外卷帘门返回，放下内卷帘门，新一车进入。
砂封：窑车上钢制裙板+窑墙上砂封遭构成砂封。群板插入窑内两侧墙上砂封槽中。
作用：隔断窑车上下空间，不使冷空气漏入窑内和热气体漏出。需由窑墙上加砂管定时补充
另：曲折封闭：防止高温部分热量直接辐射给窑车金属部分，并增加漏气阻力，在窑墙与窑车衬砖之间作成曲折封闭。
推车机：使窑车在窑内移动，推动应平稳。油压推车机：由油泵，推进器组成。
连续推车：产品温度均匀上升，推车慢，平稳。
若预热带使用高速调温烧嘴，料垛间有对准喷嘴的气体循环空隙则需要间歇推车。
燃烧设备：
⑴燃烧室的布置：
①集中或分散(视窑尺寸、气氛而定)
集中布置易于操作和自动调节。分散布置燃烧室，利于保证窑内温度均匀性。
②相对或相错（高速烧嘴多为相错）
相对布置：砌筑简单易于安置钢架结构，但喷火口两侧料垛温度较高，烧成带长度上出现温差，喷出火焰长而速度高产生火焰冲击的不良影响
相错布置：窑内气体循环，使温度进一步均匀。间距一个到半个车位，料垛留适当气体通道，或喷火口对装载制品的下部或垫砖通道。
③一排或二排
烧煤气的隧道窑采用上下两层烧嘴。料垛较密，棚板装车造成上下气体沟通困难，避免下部温度高于上部。窑体断面较大，煤气或油可以采用顶烧式烧嘴。
燃烧室的种类：分为烧煤，烧重油，烧煤气的燃烧室。
烧嘴的种类：①燃气烧嘴：烧煤气压力不高，使用短焰烧嘴，低压涡流式烧嘴。
天然煤气或液化石油气：使用喷射式无焰烧嘴。高速烧嘴。
②燃油烧嘴：要求有一定调节范围，雾化要好，雾滴小而均匀，与空气混合
好，火焰软而短不直接冲刷制品或匣钵，扩散角适当20°~30°
排烟系统：包括烟气由窑内向窑外排出锁经过的排烟口，支烟道，排烟机，烟囱等。
1、排烟口：分布于预热带全长的70%，控制各点的烟气流量。排烟口的面积应等于支烟道的总截面积，等于主烟道的截面积，等于烟囱出口截面积。
2、支烟道：联接排烟口和主烟道。
3、主烟道：汇集各支烟道的烟气送入烟囱
布置方式：主烟道穿过窑底与另一侧主烟道会合然后进烟囱。
两侧主烟道平行至窑头会合再进烟囱。此种烟囱高度较低。
4、排烟机和烟囱：自然抽风的窑炉：烟囱作用有①造成足够的抽力能克服窑内阻力②将烟
气送到足够高的地方避免污染住宅区。
机械通风的窑炉：照顾卫生条件，烟气也不能放在低空。
烟囱至少高于附近100m范围内最高屋顶3m。
气幕、搅动循环装置
气幕：在隧道窑横截面上自窑顶及两侧窑墙上喷射多股气流进入窑内形成的一片气体幕帘。搅动气幕：位于预热带，克服预热带气体分层，预热带处于负压，易漏入冷风使热空气向上。
可用高速调温烧嘴代替搅动气幕。90°垂直向下或者120-180°逆烟气流动方向
喷出
封闭气幕：位于预热带窑头，窑头形成正压，避免冷空气进入窑内。连续推车时在窑顶做成出车方向的45°缝隙，喷出气流阻止热烟气外溢。在两侧窑墙上作出进
车方向的45°缝隙，喷出气流阻止冷气入窑。
循环气幕：利用轴流风机或喷射泵使窑内烟气循环流动，达到均匀窑温的目的。
气氛幕：在气氛改变的地方，设置氧化气幕。
急冷阻挡气幕：起急冷和阻挡作用。缩短烧成时间提高产品质量，在冷却带700°以前急冷。
冷却系统：
1、直接冷却的冷却带结构P29页图
2、设引射装置的冷却带结构：若烧嘴喷出速度不高，另外采用喷射泵引流P29页图
3、窑顶和侧墙急冷气幕
4、间接冷却结构冷空气鼓入两侧窑墙空隙、夹壁及窑顶双层拱内，并抽出这些热空气作为气幕、二次风及干燥用。
不可使用装设余热锅炉或水汽锅间接冷却。
钢架结构:
用于克服拱顶的横推力。
窑炉基础：
作用：支持窑体所受重力。
结构形式：①灰土窑基②毛石窑基③砖层窑基④有检查坑道的窑基
隧道窑工作原理
窑内气体流动
（一）压头对气体流动的影响
1、位压头：h p = (ρg - ρa) g z
2、静压头：h s=p g-p a
3、动压头：h d = 1/2ρω2
4、阻力损失压头：
克服预热带气体分层，减少上下温差的方法:
①窑的结构上：预热带采用平顶或低于烧成带；两侧窑墙上部向内倾斜；适当缩短窑长；
适当降低窑的高度，减低几何压头的影响；烟气排出口开在下部近车台面处，迫使烟气多次向下流动；设立封闭气幕，搅动气幕，循环气流装置；提高气体流速增加动压的作
用。
②窑车结构；减轻窑车重量减少窑车吸热；车上砌有气体通道气体能够通过提高隧道下部
温度；严密窑车接头、砂封板和窑墙曲折密封。
③码坯方法：料垛码的上密下稀，增加上部阻力减少下部阻力，使热气体多向下流；适当
稀码料垛，减少窑内阻力，减少预热带负压，减少冷风漏入量。
（二）料垛码法对气体流动的影响（见上条）
隧道窑内的传热
(一)气体对流传热(二)料垛空隙尺寸与对流传热的关系(三)明焰窑内的气体辐射(四)料垛空隙尺寸与辐射传热的关系(五)匣钵对传热的影响(六)明焰窑内的综合传热
(七)隔焰窑内的传热(八)窑车的积热和散热
(九)制品的加热和冷却
操作控制
各带温度控制
（一）预热带温度控制
1、调节排烟闸
2、气幕调节
3、提高密封性
4、合理码坯
（二）烧成带温度控制
1、燃烧温度实际火焰温度应高于制品烧成温度50~100℃。
2、火焰温度点最高温度点控制在最末一二对烧嘴之间。前移使保温时间过长，制品过烧。（三）冷却带温度控制
700℃之前急冷，靠急冷阻挡气幕喷入的冷空气将产品急冷。
烧成带的气氛控制
1、通过控制燃料与空气比例实现气氛控制
2、气氛控制与温度控制密切相关。烧氧化气氛时原料空气过多，如果维持燃料不变而减少过多空气则火焰温度提高，减少空气至空气过剩系数接近与1时温度最高。
压力控制：服务于温度制度和气氛制度的实现
隧道窑设计：包括1、窑体主要尺寸及结构计算；2、燃料燃烧及燃烧设备的计算；3、通风设备及其他附属设施计算。对于大件产品，先确定窑车的尺寸，根据每车制品的装载量直接求出要的长度和各带长度，再根据窑车宽和制品的尺寸，确定窑的内宽和内高。
工作系统的确定：包括燃烧系统和通风系统，原则是满足制品的焙烧要求，减少窑内温差温差，加速传热和充分利用余热，便于施工以及操作控制等。
窑体材料及厚度的确定：确定原则：根据各段温度，按照对窑墙、窑顶的要求，并考虑砖型、外型整齐及经济性。
燃料燃烧计算：包括：燃烧所需空气量，燃烧生成烟气量，实际燃烧温度。
经验数据决定燃料消耗量
预热带和烧成带的热平衡计算：
热平衡计算分两部分：①预热带和烧成带的热平衡，计算每小时热耗（目的：计算燃料消耗量）②冷却带热平衡，计算冷空气鼓入量和热风抽出量。
将预热带和烧成带合并而将冷却带独立的原因：燃料消耗发出之热是用于制品自入窑起至最高烧成温度为止的全部化学反应，而进入冷却带，不但不要供给热量，产品还有热量放出，所以分开计算。
计算之前确定：①热平衡计算基准1h，0℃。②热平衡计算范围③热平衡示意图。
过程：
（一）热收入项目(Q1坯体带入显热、Q2匣钵或棚板带入显热、Qf燃料带入化学热及显热、Qa助燃空气带入显热、Qa’漏入空气带入显热)
（二）热支出项目(Q3产品带出显热、Q4匣钵或棚板带出显热、Q5窑墙窑顶散热、Q6窑车散热、Q7物化反应耗热、Q8其他热损失、Qg废气带走显热)
（三）热平衡方程：热收入=热支出
冷却带热平衡计算
目的：确定冷空气鼓入量、热风抽出量
计算之前确定：计算基准（如：1h，0℃），计算范围（冷却带），热平衡示意图
过程：热收入项目：Q3产品带入显热，Q4匣钵棚板带入显热，窑车带入显热Q9，冷却带末端送入空气带入显热Q10。
热支出项目：产品带出显热Q11，垫板，支柱带出显热Q12，窑车带走和向车下散失热Q13，抽送干燥用的热空气带走显热Q14，窑顶窑墙散热Q15。
烧嘴的选用及燃烧室的计算
计算流程：
（燃料消耗量）→单一烧嘴燃料消耗量→选择烧嘴类型；
（由空间热强度）→燃烧室体积
（由窑墙厚度、烧嘴砖尺寸）→燃烧室深度、截面积
（依砖形及工艺）→燃烧室结构（宽、高）
烟道和管道计算、阻力计算和风机选型
目的：计算确定各部分具体尺寸、选择风机
其他隧道窑
隔焰隧道窑及半隔焰隧道窑
用隔焰板将燃烧产物与制品隔开，借隔焰板的辐射传热使制品烧成的窑。火焰在隔焰道内，制品在隧道窑内，不相互接触，不用匣钵。常用的有单隔焰道和多隔焰道两种
特点:
窑内温差小，不用装钵，烧成周期短、产品质量高、劳动强度低。但对材料要求高。
非窑车式隧道窑:
①推板窑特点：截面小，窑底密封，温度均匀，易于快速烧成；结构简单、操作方便，易于机械化自动化。推板易磨损。
②辊底窑（辊道窑）③输送带式窑
④步进梁式窑⑤气垫式窑
多通道隧道窑
特点:
多通道，隔焰式，截面小，温差小，质量好；空间利用率高，占地面积小。但各孔道温度不一致，施工质量要求高。
间歇窑
灵活性强，容积可大可小，适于多品种、多规格、多规模生产；窑内温度均匀；基建投资少。但产量低、能耗大、劳动条件差。
倒焰窑：工作流程：煤加进燃烧室2的炉栅上，一次空气由灰坑3穿过炉栅，经过煤层与煤进行燃烧。燃烧产物经挡火墙7和窑墙8所围成的喷火口10喷至窑顶，再自窑顶经过窑内制品倒流至窑底，由熄火孔4，支烟道5及主烟道6向烟囱排出。火焰流经制品时，热量以对流和辐射的方式传给制品，火焰在窑内自窑顶向窑底流动，称倒焰窑。
窑箍和看火孔未画出
窑体：圆形窑①温度更易均匀。②向外界散失和积聚的热量比矩形窑③火箱控温范围有限，容积大于100立方米以上的窑多为矩形④需要大量异型砖，容积不大的窑也用矩形。
窑体：窑墙，窑顶，窑门。
燃烧设备：燃烧室，挡火墙，喷火口。
通风设备：吸火孔（为了使窑内水平截面上温度均匀，要在烟气不易到达的地方如远离烟囱的一段，窑的角落处，散热较大的地方吸火孔应布设多一些或者大一些）烟道，烟囱。
倒焰窑的工作原理
窑内气体流动
窑内气体流动动力
hp1 = (ρa –ρg1) g H1 燃烧产物由炉栅上升至窑顶时的几何压头所转变的hp2 = (ρa –ρg2) g H2 正静压头能够克服气体在窑内流动时的全部阻力。hp1 - hp2 ＞0
窑内压强分布：零压面维持在窑底平面，烟囱所要克服的阻力只是从窑底吸火孔算起，经支烟道主烟道至烟囱本身这一段。自然通风时窑底可能出现负压，可使炉栅平面比窑底下落一定深度，使燃烧产物上升时具有较大的几何压头推动力，窑底仍为零压面。
窑内传热
特点：窑内传热属于不稳定传热。
温度均匀：热气体是由窑顶倒向窑底流动时被冷却，根据垂直方向气流法则可知，倒焰窑内温度分布会自动达到均匀。火焰流动中，逐渐放热温度降级密度增加，在流过需要多供热量的地方热气体多一些，放出热量多，该处温度趋向于全窑水平截面上的均匀温度。
单位制品热耗大：
①间歇操作，升温过程中窑墙窑顶向外散热，并同时被加热，积聚的热量在燃料消耗总量中占大比例10~15%，这部分热量会在冷窑过程中放出而无法利用。
②烧好的产品和高温匣钵带走大量热，20%~30%，冷却时不易利用而浪费（气体热量不能
回收使用）。
③高温气体需要比烧成温度高30~50℃才能用于烧成，温度低了离开窑底就成为废气。
30%~50%
燃料燃烧的操作控制
因为点火后，温度逐渐升高，升温过程中，随窑内温度不同，升温速度和气氛的性质不同．
新型间歇窑
梭式窑
结构：1窑室2窑墙3窑顶4烧嘴5升降窑门6支烟道7窑车8轨道
窑车之间已经窑车与窑墙之间设有曲封和砂封，利用卷扬机或其他机械牵引设备使装载制品的窑车在窑室底部的轨道上移动。
采用高速调温烧嘴
烟气与制品间的温差不大，而窑内烟气的流速却比使用一般的烧嘴增大数十倍，从而保证制品的烧成质量的同时提高传热速率，实现制品允许的尽可能快的烧成目的。
钟罩窑(升降窑)
从送料方式可分为炉底升降与炉膛升降两种，从炉体结构可分圆形与方形两种.
电热窑炉
一、特点
与火焰窑炉的比较
结构简单，占地面积小；热效率高；温度高，可实现特殊的压力和气氛条件；烧成质量好。 缺点：
尺寸受限；电器设备复杂，元件消耗多，电费高。
二、分类
电阻炉、感应炉、电弧炉、电子束炉、等离子炉
电热材料的性能
1、发热温度（通常高于炉膛50-100℃）
2、好的电阻特性(电阻系数和电阻温度系数)
3、高温稳定性
4、优良的机械性能
5、热膨胀系数小
6、成本低
常用电热体材料
1、钼－高熔点（2630℃），但易氧化、与耐火材料反应。
2、钨－难熔（3410℃），电阻温度系数大，高温下易与含碳气氛及耐火材料反应。
3、镍铬合金－熔点约1400℃，电阻温度系数低，不易氧化。
4、铁铬铝合金－熔点约1500℃，电阻系数大，电阻温度系数小，不易氧化，价格低。但高温下与酸性耐火材料反应强烈。
5、硅碳棒－熔点约2227℃，使用温度1400℃，易老化。（表3-4）
6、硅钼棒－熔点约2030℃，使用温度1650℃，抗氧化，电阻特性好，寿命长，硬而脆。
7、石墨－耐高温、易加工，使用温度可达2500℃，但易氧化，需真空或气体保护。
8、碳－高熔点（3500℃），使用温度可达2500-3000℃，但易氧化。 电热体尺寸计算
基本要求：
①合适的电阻；②合适的表面积
箱式 井式 窑车式电热隧道窑 推板式电热隧道窑 辊底式电热隧道窑 传送带式电阻炉 链式电阻炉
钟罩式 台车式 间歇式
半连续式
连续式
电阻炉的使用
1、用前检查
2、电热元件损坏的原因：
①机械损伤机械外力损伤
②过热
③腐蚀
其它电热窑炉
1、加热原理
感应电流频通过金属块，使金属块加热，这种交变磁场中加热金属的方法称为感应加热法，原来通入交流电的导体称为施感导体。
当加热非金属材料时，用导电坩埚做发热体——间接加热
2、电源设备：
工频50HZ
中频50-10000
高频20000以上
3、特点：
加热速度快、温度高、质量好，功率控制方便、易于实现自动化，劳动条件好。但有局限性。
发电厂热工设备介绍资料
第一部分发电厂热工设备介绍 热工设备（通常称热工仪表）遍布火力发电厂各个部位，用于测量各种介质的温度、压力、流量、物位、机械量等，它是保障机组安全启停、正常运行、防止误操作和处理故障等非常重要的技术装备，也是火力发电厂安全经济运行、文明生产、提高劳动生产率、减轻运行人员劳动强度必不可少的设施。 热工仪表包括检测仪表、显示仪表和控制仪表。下面我们对这些常用仪表原理、用途等进行简单介绍，便于新成员从事仪控专业工作有个大概的了解。 一、检测仪表 检测仪表是能够确定所感受的被测变量大小的仪表，根据被测变量的不同，分为温度、压力、流量、物位、机械量、成分分析仪表等。 1、温度测量仪表： 温度是表征物体冷热程度的物理量，常用仪表包括双金属温度计、热电偶、热电阻、 温度变送器。常用的产品见下图： 双金属温度计热电偶 铠装热电偶热电阻（Pt100）
端面热电阻（测量轴温）温度变送器 1）双金属温度计 原理：利用两种热膨胀不同的金属结合在一起制成的温度检测元件来测量温度的仪表。 常用规格型号：WSS-581，WSS-461；万向型抽芯式；φ100或150表盘；安装螺纹为可动外螺纹:M27×2 2）热电偶 原理：由一对不同材料的导电体组成，其一端（热端、测量端）相互连接并感受被测温度；另一端（冷端、参比端）则连接到测量装置中。根据热电效应，测量端和参比端的温度之差与热电偶产生的热电动势之间具有函数关系。参比端温度一定时热电偶的热电动势随着测量温度端温度升高而加大，其数值只与热电偶材料及两端温差有关。 根据结构不同，有普通型热电偶和铠装型热电偶。根据被被测介质温度高低不同，一般热电偶常选用K、E三种分度号。K分度用于高温，E分度用于中低温。 3）热电阻 原理：利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。 热电阻一般采购铂热电阻（WZP），常用规格型号：Pt100，双支，三线制，铠装元件?4，配不锈钢保护管，M27×2外螺纹。 4）温度变送器 原理：将变送器电路模块直接安装在就地温度传感器的接线盒内，将敏感元件感受温度后所产生的微小电压，经电路放大、线性校正处理后，变成恒定的电流输出信号（4～20mA）。 由于该产品未广泛普及，所以设计院一般很少选用。
07360110材料工程课程设计教学大纲
材料工程课程设计 Course Exercise for Material Engineering 课程编号：07360110 学分： 2 学时：2周（其中：讲课学时：实验学时：上机学时：2周） 先修课程：材料工程基础 适用专业：无机非金属材料专业本科三年级学生 教材： 开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务： 《材料工程课程设计》目的在于加强实践教学环节，加深对理论知识的理解，培养学生综合运用基础理论和专业知识分析、解决实际问题的能力。 课程设计的任务是通过设计各种型号的窑炉，加深对专业课《材料热工工程》的全面理解，掌握无机材料工业的重要设备－窑炉的工作原理，设计与计算的方法，提高分析问题与解决问题的能力，同时也培养学生应用计算机辅助设计与绘图的能力。 二、课程的基本内容及要求： 1.课程的基本内容 （1）掌握窑炉的工作原理 （2）掌握窑体的主要尺寸计算 （3）掌握窑炉的热工计算 （4）掌握窑体材料的选择 （5）熟练应用CAD软件制图 （6）撰写设计说明书 2.课程要求： 要求通过给定设计内容及原始数据，结合专业课《热工工程》的教学内容，掌握窑炉的工作原理，掌握窑炉的设计与计算的方法，并能熟练应用CAD软件制图，完成设计说明书和结构简图一份。
四、大纲说明 1、根据学生完成的课程设计说明书和图纸的质量和设计阶段的表现综合评定成绩，分优、良、中、及格、不及格五等。 2、按每天8小时计，总工作量不少于80小时。 五、参考书目及学习资料 1、《硅酸盐工业热工基础》；孙晋源主编；武汉工业出版社，1992年 2、《陶瓷工业热工设备》，刘根群主编；武汉工业出版社，1989年 3、《玻璃工业热工设备》，孙承绪主编；武汉工业大学出版社，1996年 4、《玻璃窑炉设计与计算》，孙承绪主编；中国建筑工业出版社，1983年 制定人：陈彩凤审定人：刘军批准人：杨娟 2013 年4 月10 日
热工设备
1.原有化合物化合键破坏 2.新材料化合键重组 3.新材料制品成型 4.新材料化合键合成 5.新材料制成。 1.必须在设备结构上满足热制备工艺过程要求 2.必须在热 工制度上..3.在自动控制上和调节上… 间歇式、连续式 制备与生产过程都要经过高温阶段（即需要热制备过程）。 5. 无机非金属材料通常是通过离子键、共价键或离子-共价混合键构成。 6.无机非金属材料、有极高分子材料、金属材料并列为三大基础材料。 7.窑业材料-硅酸盐材料-无机非金 属材料是我国对材料认识的几次飞跃。 窑炉 9.热工设备：产生热量、利用热量的设备。 是一些高温结构空间即在这些空间内能够用加热的方法，按工艺要求的烧成制度，使原料、生料或生坯经过一系列物理化学变化后成为熟料或产品。 1.普通烧制方法（固相烧结、液相烧结、熔化三种具体烧制方法）、高技术制备方法（材料的“放电等离子体烧结”、微波烧结、激光烧结、热压烧结、热等静压制备、自蔓延高温合成、活化烧结、真空烧结、爆炸烧结、气氛烧结、活化热压烧结） 其本质是在物料温度低于熔化温度的高温条件下，物料内部产生致密化的过程。 是在高温阶段将物料的气孔排除，使气孔率下降、物料颗粒之间粘合、物料收缩产生致密化、晶界移动、烧结体强度、化学稳定性提高，可以有部分固相反应存在，也允许有晶型转变以及固溶体存在，但不出现液相。 是在高温烧结阶段除了固相烧结的特征外，还会有部分液相出现，其产品中也有玻璃相存在。 除原料的前期处理和烧制品的后期处理阶段，大体都经过预热、烧成、冷却三阶段。 水泥：生料制备-干燥预热-碳酸盐分解-固相反应-烧结反应-冷却-熟料。 陶瓷：生坯体-干燥预热-脱水分解-晶型转变区域-坯体内气体排出-烧成保温-冷却。 玻璃：石英砂、纯碱、长石粉碎-池窑-池窑进料口-干燥预热熔化-调整静臵-出料口-成型（锡槽） 于稳定的系统输入热量之和等于输出热量之和 是构成窑炉高温空间的窑体材料。包括耐火材料（粘 土砖、高铝砖、镁质砖及浇注料）、保温材料、围护结构材料。 新建窑炉在正式生产之前按照适应耐火材料砌体体积变化的加热速度升温，以排除耐火材料砌体中的水分和适应相应的晶型转变（ 作用），而为窑炉的安全稳定打下基础。 固体、气体、液体燃料燃烧设备 燃料燃烧的设备叫… 成汽油再按气体燃料的方 22.常用雾化介质有空气、水蒸气 根据雾化介质压强大小有低压、中压、高压雾化；按油流与雾化介质流向有直 流式、涡流式交流式；按雾化级数有一级、二级、多级雾化；按油流与雾化介质混合位臵有：外混式、内混式。 重油、轻质柴油烧嘴） 25.气体燃料的燃烧器也叫烧嘴传统的有：长焰、短焰、无焰烧嘴。新型的有：高速调温、脉冲烧嘴。 26.新型干法水泥回转窑系统是以“悬浮预热”“窑外分解”技术为核心，以NSP 窑为主导的 产量、热耗 、换热效率 生料样品的影响后所得的分解率。 从窑尾下料管去料测定烧失量后计算而得的分解率 解的碳酸盐量占原来未分解时碳酸盐量 的百分数。 发热能力、燃烧带截面、表面、容积热力强度、空 气过剩系数。 为了实现废气与生料粉之间的高效换热，达到提高生料温度降低排除废气温度。 由旋风筒及其连接管作为一个换热单元，若干换热单元相互连接组成预热器。物料进入连接管被上升气流冲散，均匀悬浮于气流中。此时 气体与固体颗粒接触面积极大完成高换热。当它们到达旋风筒后气、固相分离。如此完成每个换气单元达到达到提高生料温度降低排除废气温度实现其功能。 在悬浮预热器内生料粉被气流冲散处于悬浮状态，气、固相之间接触面积极大对流换热系数也较高速度极快。 因为气、固相换热过程主要发生在固相刚刚加入加入到气相的加速阶段，再增加接触意义不大所以实现 气、固分离进入下一换热单元才能强化气、固换热。这是旋风预热器需要多个级换热单元串联的缘故。 串联级数 越多换热效果越好但是系统流体阻力增大点好增加 是完成气、固相的分离和生料粉的收集。 35.气固换热主要发生在连接管道内。 因为生料只有悬浮于高温气流才能完成高换热，而只有悬浮区风速为10-25m/s 时生料才不会短路直接坠入下一单元。 37.为什么一级与最后一级较其他级的旋风筒的分离效率高？ 因为整个旋风预热器系统中，越 往下气体温度越高故最下一级分离效率最高。但是出了第一级旋风筒的生料成为飞损的粉尘增加了料耗、热耗以及后面收尘的负担。所以第一级的重要性大于其它各级。 因为旋风预热器系统中越往下，旋风筒及其管道的表面温度越高，散热损失越大；旋风预热器系统中越往下气体温度越高，冷风漏入对系统 热效率影响越大。
硅酸盐工业热工设备(陶瓷)教学大纲pdf
《陶瓷热工设备》课教学大纲 Thermal equipment in ceramics 课程编码： 学分：课程类别： 计划学时：32 其中讲课：32 实验或实践：上机： 适用方向：材料科学与工程（陶瓷） 推荐教材： 姜洪舟主编《无机非金属材料热工设备》武汉理工大学出版社 2010 参考教材： 孙承绪主编《陶瓷工业热工设备》武汉工业大学出版社 2008 刘振群著《陶瓷工业热工设备》化工出版社 1994 姜金宁主编《耐火材料热工设备》冶金工业出版社 1998 课程的教学目的与任务 陶瓷热工设备课是材料科学与工程专业的一门专业性课程。主要学习内容是：学习和掌握陶瓷工业生产中所用的烧结设备—工业热工设备的知识。通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的发展历史；结构、工作原理与操作制度；工业热工设备的设计、计算；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；掌握热工设备的热工测量技术和自动调节知识。使学生具有使用、改进和设计热工设备以及初步引进科研的能力. 课程的基本要求 1、本课程以隧道窑为主要内容。因此，要求学生认真学习和掌握隧道窑的结构、热工设备的发展历史、陶瓷产品的烧成制度，耐火材料与隔热的种类与性能，各种热工设备的工作原理、结构设计计算等 2、通过对本课程的学习，使学生对陶瓷工业热工设备的实际工程问题具有一定的分析和解决能力。 3、本课程的先行课程为：工程制图、材料机械、材料力学、流体力学、热工基础等课程。本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。 4、课程采用课堂教学为主，见习为辅，结合生产实习，以课程设计作为实践教学环，学习工业热工设备的设计以达到对热工设备结构的了解和掌握。 各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验） 第一章:隧道窑。计划学时：12 [教学目的与要求] 掌握隧道窑的分类，各部结构特点、工作原理及操作原理。掌握隧道窑与辊道窑操作控制及常用气体燃烧设备及隧道窑与辊道窑耐火材料选择。了解窑炉的发展方向及节能途径
硅酸盐工业热工基础(重排本)课后答案
【解】查表知硅砖的导热系数λ= 0.92 + 0.7×10-3 t W/（m.o C ） 硅砖的平均温度 o 121300300800C 22 av t t t ++=== 硅砖的平均导热系数 λ = 0.92 + 0.7×10-3 t av = 0.92 + 0.7×10-3 ×800 = 1.48 W/（m.o C ） 散热损失量 (1300300) 1.481032889W 0.45t t F Q F λδδλ??-?? ==== 习题【2-2】 【解】设硅藻土砖的厚度和导热系数分别为δ1，λ1 红砖的厚度和导热系数分别为δ2，λ2 如果不用硅藻土，红砖的厚度为δ2 用红砖替代硅藻土后，要保持炉墙的散热量不变，即保持炉墙的热阻不变 替换前，炉墙热阻12 112R δδλλ= +，替换后，炉墙热阻322 R δλ= 令R 1=R 2，得 3 12122 δδδλλλ+=，则 213210.390.04 0.250.37 m =370 mm 0.13 λδδδλ?=+ =+= 习题【2-3】 【解】该拱形窑顶的导热可以视为1/4单层圆筒壁的导热 查表知耐火粘土砖的导热系数λ= 0.835+ 0.58×10-3 t W/（m.o C ） 耐火粘土砖的平均温度 o 12700100400C 22av t t t ++=== 硅砖的平均导热系数 λ = 0.835 + 0.58×10-3 t av = 0.835 + 0.58×10-3 ×400 = 1.067 W/（m.o C ） 根据单层圆筒壁的传热量公式可得每米窑长拱顶散失热量 21 11700100 4197W/m 10.850.23 14 4 ln ln 2 1.06710.85 2t Q d l d ππλ?-= == +??
陶瓷工业热工设备
热工设备 第三章隧道窑 烧成过程 1、20-200℃预热排除残余水分 2、200-500℃排除结构水 3、500-600℃石英晶型转化：β-SiO2→α-SiO2，体积膨胀控制不当（温度不均）导致开裂 4、600-1050 ℃氧化阶段： 硫化铁、有机物中碳的氧化，碳酸盐分解等 5、1050-1200 ℃还原阶段： 氧化铁还原为氧化亚铁 6、1200-1300 ℃烧结阶段： 7、冷却阶段：①1300-700 ℃急冷段 ②700-400 ℃缓冷段石英晶型转化 ③400-80 ℃ 烧成制度的确定原则 包括：温度制度气氛制度压力制度 1、合理的温度变化速率：考虑制品内部温度均匀及物理-化学变化所需时间 2、适宜的保温时间 3、气氛控制： 4、合理的压力制度： 烧成制度举例P5 耐火材料的主要性能 1、耐火度：高温下抵抗熔化的能力（三角锥试样软化） 2、荷重软化点：在一定压强下加热，发生变形和坍塌时的温度 3、热稳定性（温度急变抵抗性、抗热震性）：热震试验 4、抗氧化腐蚀性 5高温体积稳定性：在高温下长期使用，抵抗体积不可逆变化的能力（用残余收缩/膨胀表示） 1、粘土砖：弱酸性耐火材料，热稳定性较好，荷重软化开始温度1250-1300℃，使用温度1300 ℃以下。 2、半硅砖：半酸性耐火材料，荷重软化开始温度高于粘土砖，但热稳定性比粘土砖稍差。 3、高铝砖：耐火度及荷重软化温度高于粘土砖，抗化学腐蚀性较好，但热稳定性稍差，使用温度1400-1600 ℃。 4、硅砖：酸性耐火材料，荷重软化开始温度高，热稳定性差，不适于间歇式窑炉。 5、镁砖：碱性耐火材料，耐火度很高，荷重软化温度低，热稳定性差。
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 m 2 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.c Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104 W 2－2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/λ3 Rt1=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+0.58X400X10 3- =1.067W/m.C R2=R1+δ=1.08m 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.08 0.85 =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。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(1213 1122 d d Ln Ln d d λλ +)= 2502 222.27 11851375 501750.1185 X W Ln Ln π = + 若仅考虑石棉的热阻，则
《硅酸盐工业热工设备(陶瓷)》课程教学大纲
《硅酸盐工业热工设备(陶瓷)》课程教学大纲 一、基本信息 课程编号：01A32205 课程名称：硅酸盐工业热工设备（陶瓷） 英文名称：Thermal Equipment for Silicate Industry (Ceramic) 课程类型: □通识必修课□通识核心课□通识选修课□学科基础课 □专业基础课■专业必修课□专业选修课□实践环节 总学时：32 讲课学时：32 实验学时：0 学分：2.0 适用对象：材料科学与工程（陶瓷方向）本科生 先修课程：热工基础、流体力学、工程制图、材料机械、材料力学等课程。本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。 课程负责人：刘永杰 二、课程的性质与作用 《硅酸盐工业热工设备（陶瓷）》课是材料科学与工程专业（陶瓷方向）的一门专业必修程，其主要任务是阐明陶瓷工业生产中所用的热工设备—窑炉的结构、作用、工作原理等知识，并及时的介绍一些陶瓷热工设备方面的有关新技术的新成果。使学生对陶瓷工业生产所用热工设备的类型、构造、工作原理、工作参数及性能、用途有全面、系统和深入的理解，熟悉陶瓷工业热工设备设计和使用的知识，了解陶瓷工业热工设备的现状及发展趋势，为后续生产实践和科学实验过程中进行设备选型、使用和维护奠定理论和技术基础。 三、教学目标 通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的用途及作用；热工设备的结构、工作原理与操作方法；陶瓷工业热工设备的设计；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；了解热工设备的热工测量技术和自动调节知识。使学生具备使用、改进和设计热工设备的初步能力。认识陶瓷工业热工设备对于环境保护、行业发展以及企业效益的重要性，并关注其发展动态和环保理念，能够在以后的生产实践和科学实验过程中正确地进行设备选型、使用、维护和更新。 课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系
工业窑炉简介
目录 目录 (1) 工业炉窑简介 (2) 一、工业窑炉简述： (2) 二、工业炉窑历史、现状 (3) 三、行业发展趋势 (4) 四、窑炉的工作原理、参数、工艺条件 (4) 4.1原理 (4) 4.2工业窑炉的参数 (5) 4.3工业窑炉的工艺条件 (6) 五、工业窑炉节能现状 (6) 5.1 热源改造，燃烧系统改造 (6) 5.2 窑炉结构改造 (7) 5.3 余热回收与利用 (10) 5.4 控制系统节能改造 (12)
工业炉窑简介 一、工业窑炉简述： 窑炉是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。按煅烧物料品种可分为陶瓷窑、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑、石灰窑等。前者按操作方法可分为连续窑(隧道窑)、半连续窑和间歇窑。按热原可分为火焰窑和电热窑。按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。按坯体运载工具可分为有窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑)、输送带窑，步进梁式窑和气垫窑等。按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。一般大型窑炉燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。窑炉通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。电窑多半以电炉丝、硅碳棒或二硅化钼作为发热元件。其结构较为简单，操作方便。此外，还有多种气氛窑等。 在具体行业，窑炉还有更多细分类型，如水泥回转窑、玻璃池窑、钢铁的高炉和转炉，化工行业的一些设备也可归为窑炉。但通常意义上的工业窑炉，范围主要指金属和无机材料的煅烧设备。 窑炉大致分为箱式、井式、梭式、网带式、回转式、窑车式、推板式隧道电阻炉、真空炉、气体保护炉、超高温管式推板炉（碳管炉）、钨钼粉焙烧炉、还原炉等各种高、中、低温工业窑炉，工作温度200～2500℃。可用于ZnO压敏电阻器、避雷器阀片、结构陶瓷、纺织陶瓷、PTC&NTC热敏电阻器、电子陶瓷滤波器、片式电容、瓷介电容、厚膜
热工基础1-3章部分习题答案及附加例题
m l h m mm l m kg cm g 1.05.02.030sin 2.0200/800/8.033=?======ρ已知： 烟气的真空度为： Pa h g p v 8.78430sin 2.081.9800=??=??=ρ ∵ 1 mmH 2O = 9.80665 Pa ∴ 1 Pa = 0.10197 mmH 2O O mmH Pa p v 2027.808.784== 烟气的绝对压力为： kPa Pa p p p v b 540.98388.985408.7843224.133745==-?=-= 2.2填空缺数据（兰色）： 2.9 题略 已知：D 1 = 0.4 m ，p 1 =150 kPa ，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD ，太阳辐射加热后D 2 = 0.45 m 求：过程中气体对外作功量 解：由D 1=0.4 m ，p 1=150 kPa ，可求得：k =375 kPa/m kJ D D k dD kD W dD kD D d kD pdV dW D D 27.2) (8 22 )6 (41423332 1 =-= == ?==? π π π π 答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ
解：由题意：△U = 0 → T 2 = T 1 = 600 K 由理想气体气体状态方程， 有： Pa p p T V p T V p T V p 5121 1 2222111100.23 1 3?== == △U =△H = 0 3.7 题略 解：（1）混合后的质量分数： ωCO 2 = 5.6 %， ωO 2 =16.32 %， ωH 2O =2 %， ωN 2 =76.08 % （2） 折合摩尔质量： M eq = 28.856 kg/kmol （3） 折合气体常数： R eq = 288.124 J/（kg ·K ） （4） 体积分数： φCO 2 = 3.67 %， φO 2 =14.72 %， φH 2 O =3.21 %， φN 2 =78.42 % （5）各组分气体分压力： p CO 2 = 0.01101 MPa ， p O 2 =0.04416 MPa ， p H 2O =0.00963 MPa ， p N 2 =0.2353 MPa 下面是附加的一些例题，供参考： 一、试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？ 解：∵ 定压过程总加热量为： q =c p △T 其中用来改变热力学能的部分为：△u= c v △T 而 c p = c v +R g K J K kJ p p mR V V mR s m S g g /1426.1/101426.13ln 208.0005.0ln ln 31 212=?=??=-==?=?-
硅酸盐工业热工基础作业答案
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=300C δ=450mm F=10 m 2 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 ＝＋ x800＝1。48w/ Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=（1300－300）/=4 2－2 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= λ2=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=++δ3/λ3 若仅有红砖（两层） Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/+δ3/λ3 Rt1=?+=δ/ 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= Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav= 3-3 - R2=R1+δ= 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln 21d d =1.080.85 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＝ W/m 。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(12131122d d Ln Ln d d λλ+)=2502222.2711851375 501750.1185 X W Ln Ln π =+ 若仅考虑石棉的热阻，则 Q ’= (12)22502222.31131375220.1185 Tw Tw X X W d Ln Ln d ππ λ-== 可见Q ≈Q ’，因而在计算中可略去钢管的热阻。 2—5解：本题属于稳定的无内热源的多层圆筒壁 若忽略交界面处的接触热阻，每单位长度通过粘土砖的热量Q1与通过红砖热量Q2相同 单值条件 d1=2m d2= d3= Tw1=1100C Tw2=80C 先假设交界处温度为600C ，则粘土转与红砖的平均导热系数 1100600 10.000580.835 1.328/.260080 2X0.000510.470.6434/.2 21(1100600)2 1.328500114076/20.29641 av X W m C av W m C av X X Q W m d Ln d λλλ+= +=-===∏∏＋＝＋＝
硅酸盐工业热工基础作业答案2-1-32
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 m 2 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.c Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104 W 2－2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/λ3 Rt1=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+0.58X400X10 3- =1.067W/m.C R2=R1+δ=1.08m 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.08 0.85 =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。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(1213 1122 d d Ln Ln d d λλ +)= 2502 222.27 11851375 501750.1185 X W Ln Ln π = + 若仅考虑石棉的热阻，则
热工基础(2.1.3)--第三章习题及答案
热工基础第三章作业题及答案 3-3 体积为0.03m 3的某刚性储气瓶内盛有700kPa 、20℃的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到880kPa 时阀门开启，压力降到850kPa 时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问： (1)阀开启时瓶内气体温度为多少？ (2)因加热，阀门开闭一次期间瓶内气体失去多少？设瓶内氮气温度在排气过程中保持不变。 答案：（1）t 2=93.3℃; (2)?m =0.0097kg 3-4 氧气瓶的容积V =0.30m 3，瓶中氧气的表压力p gl =1.4MPa ，温度t 1=30℃。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t 2=20℃，试问此时氧气瓶的表压力为多少？(当地大气压力p b =0. 098MPa) 答案： m =5.72kg; p g2=0.625MPa. 3-6 某理想气体等熵指数κ=1.4，定压比热容c p =1.042kJ/(kg.K)，求该气体的摩尔质量M 。 答案：M =27.93 g/mol 3-8 摩尔质量为0.03kg/mol 的某理想气体，在定容下由275℃加热到845 ℃，若比热力学能变化为400kJ/kg ，问焓变化了多少？ 热求其热力学能、焓和熵的变化。 答案：??=557.9kJ/kg 3-11 在体积V =1.5m 3的刚性容器内装有氮气。初态表压力p gl =2.0MPa ，温度t =230℃，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到750℃？其焓值变化是多少？大气压力为0.1MPa 。 (1)按定值比热容计算； (2) 按平均比热容的直线关系式计算； (3)按平均比热容表计算； (4) 按真实比热容的多项式表达式计算。 答案：(1) Q =8137 kJ, ΔH =11410 kJ (2) Q =9005 kJ, ΔH =12260 kJ (3) Q =8962 kJ, ΔH =1200 kJ (4) Q =9025 kJ, ΔH =12280 kJ 3-15 由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为 2O 0.08mol n =，2N 0.65mol n =，2CO 0.3mol n = 试求混合气体的体积分数，质量分数和在p = 400kPa 、t =27℃时的比体积。 答案：x O2=0.078, x N2=0.631, x CO2=0.291 w O2=0.076, w N2=0.536, w CO2=0.388 R g,eq =0.252 kJ/(kg.K), v =0.0189 m 3/kg. 3-19 某理想气体初温T 1=470K ，质量为2.5kg ，经可逆定容过程，其热力学能变化为△U =295. 4kJ ，求过程功、过程热量以及熵的变化。设该气体R g =0.4 kJ/( k g ．K)，κ=1.35，并假定比热容为定值。 答案：W =0, Q =295.4 kJ, ΔS=0.568 kJ/K 3-22试将满足以下要求的理想气体多变过程在p -v 图和T -s 图上表示出来（先画出四个基本热力过程）： (1) 气体受压缩，升温和放热； (2) 气体的多变指数n =0.8，膨胀； (3) 气体受压缩，降温又降压；
陶瓷热工设备
热工设备习题 1、2、3、4、5、9、10题；17、19、20、23、24、35题。 。 复习题： 1. 陶瓷：是指由金属元素、非金属元素的化合物所组成的多晶固体材料。 2. 陶瓷分类 （1）按陶瓷概念和用途来分类 包括普通陶瓷与特种陶瓷两类。 ○1普通陶瓷：包括日用陶瓷、建筑陶瓷、工业陶瓷（三大类传统陶瓷； ○2特种陶瓷：又称技术陶瓷、先进陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷等；特种陶瓷是指一些科技含量较高的陶瓷材料。 （2）按坯体的物理性能分类 按陶瓷制品坯体的结构不同和所标志的坯体致密度的不同，把所有陶瓷制品分为两大类：陶器和瓷器。 3. 评价陶瓷窑炉的标准 评价陶瓷窑炉的技术是否先进，性能是否优良，经济上是否合宜，主要从以下八个方面综合进行判断： ○1烧成品质能够烧出高品质产品是窑炉的首要性能，也是最大经济效益所在。 ○2单窑生产能力 现代工业发展趋势是大规模生产，单窑生产能力也就要求越来越高。否则窑炉座数过多，不仅生产线复杂，而且厂房大，占地面积就大，工人多，投资巨大。 ○3生产灵活性 企业在安排生产时，窑炉不仅应能适应烧制不同品种的产品，而且能快速、容易的转产。 ○4单位能耗低 ○5自动化水平 ○6使用寿命 ○7单位生产能力投资额 ○8环保水平 4.陶瓷烧成阶段发生的变化 陶瓷制品在烧成过程中发生的变化大致可划分为以下5个阶段： ○1常温至200℃；残余物化结合水的排除残。 ○2200℃至出现液相的温度；化学结合水排除、有机物氧化、碳酸盐分解、晶型转变（βSiO2→αSiO2）等。
○3出现液相温度至烧成温度及保温； 液相产生、固相逐渐溶解于液相中、新结晶物质的形成3Al2O3·2 SiO2→3Al2O3·2 SiO2+4 SiO2、坯体烧结、重结晶、气氛与坯体物料间的反应等。○4烧成温度至液相凝固温度；某些物理化学变化的延续、液相粘度增大、析晶。○5液相凝固温度至常温。液相过冷凝固、晶型转变。 5. 陶瓷烧成制度的基本工艺要求： 为了保证陶瓷产品的品质而不产生废品，陶瓷烧成时应满足以下三点工艺要求： 1.各阶段应有一定的升温或降温速度，不得超过，以免坯体内外温差过大而形成破坏应力，同时还应考虑到该阶段中所进行的物理化学变化所需要的时间。 2.在适宜的烧成温度下应有一定的保温时间，以使坯体内外温度趋于一致，保证坯体内外充分烧结和釉面成熟平整。 3.在某些阶段应保持一定的气氛，以保证坯体中某些物理化学过程的进行。有机物氧化阶段应当保持氧化气氛；在烧成某些日用陶瓷、电瓷时，当坯体内有机物氧化完毕后，应保持还原气氛，以使坯体中所含氧化高铁还原成氧化低铁，并使硫酸盐分解。 9.隧道窑的特点？ （1）生产效率高，产量大； （2）热效率高； （3）热工制度稳定； （4）机械化、自动化程度高； （5）缺点是一次性投资大。 10.隧道窑分为预热带、烧成带和冷却带。一般按结构，将有燃烧室部分分为烧6.按工作方式陶瓷窑炉可分为连续式和间歇式，连续式的代表窑型有隧道窑、辊道窑，间歇式的代表窑型是梭式窑。 7. 现代陶瓷窑炉的代表窑型有现代隧道窑、现代辊道窑、梭式窑。 8. 现代陶瓷窑炉的特点？ （1）1.结构：断面结构为扁缝形，多采用吊平顶； （2）2.筑炉材料：轻质、高强、耐火隔热材料； （3）3.燃料：清洁能源—气体燃料、轻柴油； （4）4.高速调温烧嘴； （5）5.快速烧成； （6）6.计算机自动控制； （7）7.可模块式装配。 成带，前部为预热带，后部为冷却带。
五大热工设备介绍
五大热工设备介绍 一、预热器： 预热器主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料，使生料预热及部分硅酸盐分解，最大限度提高气固间的预热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗。它必须具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功能，在旋风预热器中，物料与气流之间的热交换主要在各级旋风筒之间的连接管道中进行，因此对旋风筒本身的设计，主要考虑了如何获得较高的分离效率和较低的压力损失，旋风筒的主要任务在于气固分离。来自上一级旋风筒收集下来的物料经喂料管落入散料板上冲散折回进入下一级旋风筒的排气管道中均匀冲散悬浮，并随上升气流进入旋风筒进行气固分离，气流由上而下做旋风运动，最后从锥部随排风机给予的动能沿旋风筒的中心垂直往上运动，此时，固体的物料沿筒壁落下进入下料溜管，排出的是相对干净的废气。旋风筒的收尘效率及阻力与旋风筒内的风速密切相关，旋风筒截面风速一般控制在5—6m/s，进风口风速在15-18m/s，出口风速控制在11-14m/s，若过高，引起系统阻力较大，过低不利于旋风筒收尘。 预热器主要部位工艺操作参数如下图（以天津院TDF预热器为例）：
预热器工作原理如下图：
二、分解炉： 分解炉是在预热器和回转窑之间增设的一个装置，燃煤喂入分解炉燃烧放出的热量与进入炉内的生料碳酸盐的分解和吸热过程同时在浮状态下进行，使得入窑碳酸盐分解率提高到90%以上。原来在窑内进行的分解反应移至分解炉内来，燃料大部分从分解炉内加入，减轻了窑内热负荷，延长了衬料的寿命有利于生产大型化，由于燃料与生料粉混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程都得到优化，因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能特点，它主要作用是燃料的燃烧、换热和碳酸盐的分解。在分解炉内，生
河南理工大学硅酸盐工业热工基础
课程教学 计划 院系材料学院专业材料学班级材料09-1,09-2,09-3 2011-2012学年助课采用《材料工程基础》，徐德龙 名称硅酸盐热工基础教师邹定华教师教材谢峻林主编，武汉理式 上课周次及时间课堂教学（包括讲课、习题课、课堂 讨论、测验等） 实验课 其它（实习、学时 教学内容（教学大纲章、节和 题目名称） 学时实验内容学时 第 6 周 10月3日 2课程导论 第 6 周10月6日2 1.8 气体动力学基础-基本概 念，一元恒定流动基本议程 第 7周 10月1021.8 气体动力学基础-气体通过 喷嘴角的流动 第 7 周 10月1321.8 气体动力学基础-管道中气 体的流动 第 7 周 10月1421.8 气体动力学基础-窑炉中气 体的流动 第 8 周 10月172 1.9 离心式风机第8 周
10月202 3.1-传热学概述 第8 周 10月2123.2-传热传热-基本概念，导热 微分议程 第 9 周 10月2423.2-传热传热-稳定态导热的分 析与计算 第 9周 10月27 2 3.2-传热传热-非稳定态导热 第9 周 10月28 2 3.3-对流换热-概述 第10周 10月31日3.3-对流换热-对流换热的数学 描述 第10 周11月3日2 3.3-对流换热-强制对流与自然 对流 第 10周11月4日2 3.4-辐射换热-基本概念，黑体 辐射定律 第11周11月7日2 3.4-辐射换热-实际物体和灰体 的辐射，角系数 第11周11月102 3.4-辐射换热-多个灰体表面组 成封闭系统的辐射换热 第11周11月112 3.4-辐射换热-辐射的强化与削 弱，气体辐射
陶瓷工业热工设备-复习题
陶瓷工业热工设备总复习 1、窑炉发展简史： 篝火式烧成→穴窑（横、竖）→龙窑→阶级窑→景德镇窑（蛋形窑）→倒焰窑→隧道窑→辊道窑 2、隧道窑的烧成制度主要涉及那些部分（P5） 主要包括：温度制度、压力制度、气氛制度。温度制度是主要的，应制定出一条合理的烧成曲线，是达到烧成工艺的要求。压力制度是为保证一定的温度制度和气氛制度所必须的。 温度制度：窑侧的热电偶测得的窑内温度曲线； 气氛制度：窑内含游离氧或一氧化碳的情况； 压力制度：窑内气体压力的情况。 3、合理烧成制度确定的主要原则是什么？（P5） 1在各阶段应有一定的升降温速率，不得超过。以使制品内部温度均匀，一面内外温差过大形成破坏应力。 2在十一的温度下应有一定的保温时间，以使制品内外我温度差趋于一致，皆达到烧成温度，保证制品内外烧结。 3在氧化和还原阶段应保持一定的气氛之都。以保证制品中的物化过程的进行。4全窑应有一个合理的压力制度，一确保温度制度和压力制度的实现。 4、耐火材料的主要性能有那些？（P6） 1耐火度：材料在高温下抵抗熔化的性能。 2荷重软化点：耐火砖在一定压强下（1.96x10^6）加热，发生一定变形（压缩4％-40％）和坍塌时的温度。 3热稳定性（耐急冷急热性或温度急变抵抗性）：窑墙急冷急热时因破裂、掉落而减重。 4抗化学腐蚀性：耐火砖和熔渣，煤渣接触时，抵抗侵蚀的能力。 5高温体积稳定性：是指材料长期高温使用时，体积发生不可逆变化，通常以残余膨胀或收缩来表示。 5、隧道窑有哪三带？一般怎样划分这三带？ 预热带、烧成带、冷却带，一般以燃烧室的设置来分，设有燃烧室的部分为烧成带，前后各为预热及冷却带。 6、隧道窑的基本结构主要包含四个方面
陶瓷工业窑炉煤改气节能技术改造可行性方案研究报告
目录 第一章总论。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（2）第二章项目提出的背景和必要性（6）第三章生产工艺流程和节能减排改造方案（12）第四章建设规模与建设方案（20）第五章节能分析评价（26）第六章环境保护与减排效益（28）第七章劳动安全卫生与消防（32）第八章组织机构与劳动定员（35）第九章工程实施进度（38）第十章投资估算与资金筹措（39）第十一章财务评价（42）第十二章社会评价（49）第十三章结论与意见（51）附表及附件
第一章总论 1.1项目概况 1.1.1项目名称：陶瓷窑炉煤改气节能项目 1.1.2 建设单位：xxxx陶瓷集团有限公司 1.1.3 法人代表：王XX 1.1.4 建设规模和主要建设容 本项目不改变原有生产能力，主要是将原有8条陶瓷煤窑进行改造，实现“三个改变”：a.改变燃料结构，改燃煤为烧气；b.改变窑炉结构，由窑车式高耗能煤烧窑炉改造为现代节能型辊道式窑炉；c.改变烧成方式，将匣装隔焰烧炼改为无匣裸烧新工艺。根据产品品种的不同对原有8条窑炉进行合理调配改建。其中5条改为燃气辊道窑；3条改成12座燃气6米3梭式窑。 窑炉年工作日为330天，年总产量为5600万件。 1.1.5 总投资和资金筹措 估算总投资5246万元。其中：固定资产投资5121.7 万元，建设期利息124.3万元。 资金来源为：申请银行贷款2000万元，自筹3246万元。 1.1.6 建设期限：18个月。 1.1.7 项目主要效益预测 项目建成后，节能减排效果好。节约能源折合标准煤19140吨。减少排放烟尘2975吨/年；二氧化硫432吨/年；
《热工过程及设备》课程教学大纲
附件4 硅酸盐工程专业《陶瓷热工过程及设备》课程教学大纲 学时数：96学时周课时：8节/周开课学期：一学期 教材：《陶瓷热工过程及设备》涂申年主编，江西高校出版社2004年 参考教材：《硅酸盐工业热工基础》孙晋涛主编武汉工业大学出版社1992年 《陶瓷工业热工设备》刘振群主编武汉工业大学出版社1989年 一.教学目的： 培养既掌握一定陶瓷热工的基本理论知识，又具有一定动手能力的技术人 才。 二.教学要求： 熟悉窑炉中的气体力学，燃料、燃烧及燃烧设备、传热原理等窑炉操作基本原理，了解和掌握隧道窑、辊道窑、推板窑、多孔窑、倒焰窑、梭式窑、钟罩窑、升降窑以及各类陶瓷干燥器的结构和操作方法 三.课程教学内容及学时分配 1.学时分配 2.教学内容 第一章窑炉中的气体力学 教学内容：气体力学基础，气体流动的基本方程，不可压缩气体在窑炉系统的流动，通风设备。 第二章燃料、燃烧及燃烧设备 教学内容：燃料的种类及特性，燃料成分的表示方法及相互换算，燃料的热值，燃烧计算，燃烧过程及燃烧设备，固体燃料的气化过程及气化设备。 第三章传热原理 教学内容：传热的基本概念，导热，对流换热，辐射换热，综合传热。第四章干燥原理及干燥设备 教学内容：湿空气的性质，湿空气的I-X图，干燥过程的物料平衡与热平衡，干燥机理，干燥方法及干燥设备。 第五章隧道窑 教学内容：陶瓷制品的烧成过程，隧道窑的结构，建窑耐火、隔热材料，隧道窑的工作原理，隧道窑的操作调控，隧道窑的烧烤与调试，辊道窑，推板窑与多孔窑。 第六章间歇窑 教学内容：倒焰窑的结构，倒焰窑的工作原理，倒焰窑的操作调控，梭式窑，钟
罩窑和升降窑。 第七章电热窑炉教学内容：概述，常用电热体的性能，电热炉的热工计算，电阻炉的安装与 使用。 四.教学方法及考核方式教学以系统讲授为主，采用笔试和平时相结合的方式进行考核； 平时成绩占30％，期末考试成绩占70％。（若有期中考试，则平时成绩占30％，期中考试成绩占30％，期末考试成绩占40％）