熱工基礎(chǔ)與設(shè)備課件

1、熱工基礎(chǔ)與設(shè)備,學(xué)分：2 Points ；地點(diǎn)：D316；時(shí)間：星期 五(5～6節(jié)）主講教師:吳菊,一、課程的性質(zhì)任務(wù),1、熱工基礎(chǔ)? 熱工設(shè)備? 2、該門課的性質(zhì)： 專業(yè)基礎(chǔ)必修課 任 務(wù)：討論與熱工過程有關(guān)的氣體性質(zhì)、氣體流動(dòng)特性，了解燃料的燃燒及熱量的產(chǎn)生、傳遞、交換等特點(diǎn)及與之有關(guān)的設(shè)備。,3、課程內(nèi)容,緒 論氣體力學(xué)傳熱干燥過程及干燥設(shè)備燃料燃燒及燃燒設(shè)備 熱工設(shè)備 —— 無

2、機(jī)非金屬窯爐,二、課程特點(diǎn),強(qiáng)調(diào)“三傳一反的能量交換”：動(dòng)量、質(zhì)量、熱量傳遞、燃燒與燒成反應(yīng)。 強(qiáng)調(diào)平衡概念：能量平衡、動(dòng)量平衡、物料平衡。 強(qiáng)調(diào)基本概念、基本定律、基本方法、基本理論知識(shí)。強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐：用基本的理論知識(shí)去理解硅酸鹽行業(yè)常見的熱工設(shè)備（窯爐、煙囪等）的工作原理。強(qiáng)調(diào)分析問題、解決問題的能力。,三、課程的主要研究方法,數(shù)學(xué)方法：微分方程和積分方程的

3、求解及 數(shù)值求解； 分析方法：過程分析與數(shù)量級(jí)分析等；模型方法：物理模型及數(shù)學(xué)模型的建立；類比方法：熱電類比及動(dòng)量，質(zhì)量，熱量傳遞的 類比等；,四、課時(shí)安排及考核方式,緒 論 （1學(xué)時(shí)） 第一章 流體力學(xué)（5學(xué)時(shí)） 第二章 傳熱（7學(xué)時(shí)）第三章 干燥過程及干燥設(shè)備(5學(xué)時(shí)) 第四章 燃料及其燃燒（6學(xué)時(shí)）第五章 熱工設(shè)備（8學(xué)時(shí)）

4、,（共32學(xué)時(shí)）,考核方式： 出勤+課堂提問互動(dòng) 15% 課后作業(yè) 15% 期末考試 70%,,70~80%,20~30%,填 空選 擇

5、 判 斷 問 答,綜合計(jì)算,考試內(nèi)容：,五、教材及教學(xué)參考書,教　材 :姜金寧 《硅酸鹽工業(yè)熱工過程與設(shè)備》 冶金工業(yè)出版社 參考書: 孫晉濤 《硅酸鹽熱工基礎(chǔ)》武漢工業(yè)大學(xué)出版社 徐利華 《熱工基礎(chǔ)與工業(yè)窯爐》冶金工業(yè)出版社 楊世銘 《傳熱學(xué)》 人民教育

6、出版社 韓昭論 《燃料及燃燒》 冶金工業(yè)出版社,緒 論,引　 言熱工設(shè)備分類熱工設(shè)備發(fā)展單 位 制,引 言,材料科學(xué)和窯爐發(fā)展 材料--窯爐--材料--窯爐--材料,間歇與連續(xù) 平焰與倒焰 煙氣與空氣 操作制度,窯爐結(jié)構(gòu)和熱工基礎(chǔ) (流體力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)）,工藝過程和熱工過程 (陶瓷、玻璃、水泥),設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)原則,

7、工藝過程,陶瓷： 配料----成型----燒成 燒成制品窯 （基礎(chǔ)）（手段）（關(guān)鍵）玻璃： 配料---熔融、澄清、冷卻 ---成型---退火 熔融制品窯水泥： 配料---生料磨---熟料煅燒 ---配料---水泥磨（?） 粒狀制品窯,熱工過程,陶瓷：預(yù)熱---燒成---冷卻,玻璃：熔融---澄清--

8、-冷卻,水泥： 干燥--預(yù)熱--碳酸鹽分解--固相反應(yīng) --液相燒結(jié)--熟料凝結(jié),熱工過程,連續(xù)式（陶瓷、玻璃）窯爐,預(yù)熱帶,燒成帶,冷卻帶,熱工過程,間歇式（陶瓷）窯爐,返回,操作制度 陶瓷：溫度 氣氛 壓力（燒成制度） 玻璃：溫度 氣氛 壓力 液面 泡界線（作業(yè)制度） 水泥：溫度 氣氛 （煅燒制度）,煙氣與空氣 兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系

9、統(tǒng),平焰與倒焰 火焰流動(dòng)方向與窯內(nèi)上下溫差的關(guān)系,間歇與連續(xù)式窯爐的差別： 產(chǎn)量 熱效率 勞動(dòng)強(qiáng)度 自動(dòng)控制 溫差 燒成制度調(diào)整 投資額,返回,窯爐分類 ——（A）陶瓷窯爐 Kg/d,運(yùn)載工具：窯車式— 隧道窯 非窯車式— 推板窯 輥道窯 氣墊窯 步進(jìn)窯,操作類型： 連續(xù)式— 隧道窯 推板窯 輥道窯

10、 間歇式— 倒焰窯 新型間歇式—鐘罩窯 梭式窯,加熱方式：,其 它：用途： 素?zé)?釉燒 燒銀 烤花 煅燒 燒成 溫度： 低溫 中溫 高溫 超高溫 斷面積： 大 中 小

11、 燒嘴位置： 頂燒窯 底燒窯 側(cè)燒窯 燒成速度： 快燒窯 火焰流動(dòng)方向： 倒焰 平焰 升焰 半倒焰……,火焰窯 明焰 隔焰 半隔焰電 窯 敞露式 封閉式,隧道窯,,陶瓷窯爐,,陶瓷窯爐,倒焰窯,,陶瓷窯爐,,,,陶瓷窯爐,,陶瓷窯爐,輥道窯,,陶

12、瓷窯爐,隧道窯,抽屜窯,,陶瓷窯爐,網(wǎng)帶窯,升降窯,,陶瓷窯爐,鐘罩窯,隔焰窯,,陶瓷窯爐,推板窯,,陶瓷窯爐,推板窯,,陶瓷窯爐,,梭式窯,操作類型： 間歇式— 坩堝窯 連續(xù)式— 池窯,火焰流動(dòng)方向： 橫焰窯 縱焰窯 馬蹄焰窯（水平 、 垂直）,余熱回收設(shè)備： 蓄熱式（立式、臥式）；換熱式（金屬、陶瓷）,窯頂結(jié)構(gòu)： 單碹、雙碹,玻璃液分割形式：淺層分割（冷卻水管…）

13、 深層分割（流液洞…）,（B）玻璃窯爐 kg/m2.d 熔化率 kg/m2.周期 周期熔化率,制品種類： 平板玻璃、器皿玻璃、玻璃纖維…,,玻璃窯爐,,玻璃窯爐,,玻璃窯爐,馬蹄焰窯,雙碹池窯,,玻璃窯爐,浮法玻璃窯,1100℃,600℃,,玻璃窯爐,坩堝窯,逆流式窯,,玻璃窯爐,,玻璃窯爐,電熔窯,,玻璃窯爐,北雄,都江堰,,玻璃窯爐,金 華,九 州,,

14、玻璃窯爐,晉 城,華 鵬,立 窯: 普通立窯 (自動(dòng)卸料） 機(jī)械化立窯 (自動(dòng)卸料、自動(dòng)加料） 回轉(zhuǎn)窯： 濕法窯 濕法長窯 加熱交換裝置的濕法長窯 （窯內(nèi)、窯外） 干法窯 干法中空窯 立波爾窯 e： 40-45 ? 料球加熱機(jī)+干法回轉(zhuǎn)窯 懸浮預(yù)熱器窯 e：45-50

15、? 旋風(fēng)預(yù)熱器+干法短窯 （SP型） 立筒預(yù)熱器+干法短窯 預(yù)分解窯 e：85-95 ? （NSP型） 懸浮預(yù)熱器+預(yù)分解爐+干法短窯,（C）水泥窯爐 T/d 熟料,煅燒系統(tǒng) （……+冷卻機(jī)）,濕法回轉(zhuǎn)長窯,,水泥窯爐,,排煙機(jī),,配合料,,自然吸風(fēng),,二次風(fēng),回 轉(zhuǎn) 窯,1.回

16、轉(zhuǎn)窯窯體；2.窯頭小車；3.熱煙室；4.冷卻筒；5.窯頭鼓風(fēng)機(jī)；6.集塵室；7.煙囪；8.進(jìn)料,,水泥窯爐,立波爾窯,,水泥窯爐,,煙氣,1400℃,,,懸浮預(yù)熱器窯,,水泥窯爐,加料管,,熟料庫,,電收塵器,,煙囪,預(yù)分解窯,,水泥窯爐,,燃燒設(shè)備,窯外分解爐系統(tǒng),,,機(jī)械化立窯,,水泥窯爐,機(jī)械化水泥立窯系統(tǒng)：1.煙囪；2.撒料溜子；3.窯體；4.耐火磚；5.腰風(fēng)管；6.底風(fēng)管；7.傳送裝置；8.電動(dòng)機(jī)；9.密封卸料.,讓我們追尋

17、那已逝去久遠(yuǎn)的年代，想象著步入古人類的生活圈子，去探求窯爐的起源和發(fā)展吧…,窯爐發(fā)展簡史,陶器---彩陶（紅、灰）---黑陶、釉陶---原始瓷 ---瓷器,-800℃ 850-1000 ℃ 1000 -1300 ℃ >1300 ℃,1-1.5 萬年前 陶器 無窯堆燒 窯址不固定的薄殼窯,0.7-0.8萬年前 新石器時(shí)期

18、彩陶 穴窯 ( 豎穴、橫穴）,新石器時(shí)期晚期 灰、黑陶 釉陶 改進(jìn)的穴窯,（A）陶瓷及窯爐,現(xiàn) 代 傳統(tǒng)陶瓷 傳統(tǒng)窯爐,0.2-0.3 萬年前 西周、戰(zhàn)國時(shí)期 原始瓷 穴窯 饅頭窯、龍窯,-0.2 萬年前 秦、漢、魏、晉 龍窯,-1000 年前

19、 宋朝 瓷 饅頭窯（還原氣氛） 蛋形窯,- 600 年前 明朝 階級(jí)窯--德化窯 串窯,- 400 年前 明末清初 高級(jí)瓷 蛋形窯--景德鎮(zhèn)窯,先進(jìn)陶瓷 先進(jìn)窯爐,（快燒、高溫、功能、控制）,（A）陶瓷及窯爐,完全封頂或不完全封頂，控制氣氛火口 火膛 火道 窯算 窯室,橫穴窯,豎

20、穴窯,蛋 形 窯,,灰 坑,,拾遺： 我國唐朝開始燒煤，歐洲十八世紀(jì)才開始。 歐洲最早仿景德鎮(zhèn)的平焰窯，后改為升焰窯，最后才采用倒焰式。 關(guān)于隧道窯： 1751年 法國人 威塞尼斯 發(fā)明 1880年 瑞典人 波克 發(fā)明“砂封” 20世紀(jì)初 英國人 厥斯勒 大大改進(jìn) 1938年

21、 中國 大連電瓷廠 第一座誕生,平焰,升焰,倒焰,,,,(B) 玻璃及窯爐,(C)水泥及窯爐,發(fā)展簡史,,約在1 萬年前的新石器時(shí)期，挖穴建室已興起，當(dāng)時(shí)的“穴窯”就是用粘土，或摻入稻草、殼皮建成的。以后又在紅土中挑出姜石（一種石灰質(zhì)原料）涂鋪，表面變得光滑堅(jiān)硬。應(yīng)用“火”后，人們煅燒石膏或石灰調(diào)制砂漿建成了埃及金字塔、我國萬里長城等著名古建筑。至漢朝，燒制技術(shù)已有相當(dāng)高的水平。生產(chǎn)發(fā)展后，用石灰漿加入火山灰調(diào)制，增加強(qiáng)度，也

22、是當(dāng)時(shí)不少古建筑采用的“三合土”的主要成分 ，也可加入些廢陶、碎磚。 18世紀(jì)后期生產(chǎn)有了量的概念，逐漸由天然制作轉(zhuǎn)向人工合成。含粘土 20 ～25 ?的石灰煅燒后磨細(xì)形成的水硬性石灰就是有名的羅馬水泥。,水泥,發(fā)展簡史,,19世紀(jì)發(fā)展到人工配料，組織工業(yè)化生產(chǎn); 1877年第一臺(tái)回轉(zhuǎn)窯（干法）問世，英國人 的專利。后來有了立窯、濕法回轉(zhuǎn)窯。 (2) 20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了立波爾窯;(3) 20世紀(jì)50年代出

23、現(xiàn)了懸浮預(yù)熱器窯;(4) 20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了預(yù)分解窯。 隨著水泥窯爐的更新，水泥生產(chǎn)技術(shù)和水平也得到了飛快的提高和發(fā)展。,筑爐材料與窯爐砌筑,窯爐砌筑材料也叫做“筑爐材料”，顯然筑爐材料應(yīng)當(dāng)包括“耐火材料” ( Refractory ）和“保溫材料”（也叫作“隔熱材料”, Insulate Material ）筑爐材料還應(yīng)包括普通建筑材料，像建筑紅磚、金屬鋼材等等，即從里向外，耐火材料耐高溫、保溫材料隔熱、建

24、筑紅磚耐壓、金屬鋼材抗拉與抗折。這就是構(gòu)成高溫空間窯墻的傳統(tǒng)基本構(gòu)造從熱工設(shè)備的角度來看，我們的著重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在如何正確、合理地為熱工設(shè)備（窯爐）選擇耐火材料、保溫材料等筑爐材料，從而保證窯爐既經(jīng)久耐用，且造價(jià)和成本又合理、低廉。,筑爐材料與窯爐砌筑,窯爐是一個(gè)特殊的建筑結(jié)構(gòu)，它的砌筑除了要符合一般的建筑規(guī)范之外，還要符合一些特殊的規(guī)章制度。例如：砌筑窯爐時(shí)就要留出足夠的“膨脹縫” ( Expansion Joint ）以適應(yīng)窯爐升溫

25、時(shí)的膨脹作用窯的“拱”頂（玻璃窯叫做“暄”）在砌筑時(shí)還應(yīng)設(shè)立“底腳磚” ( Skewback ，玻璃窯叫做“暄碴(chá)”，現(xiàn)在多用“鋼暄碴” ) ，其作用是將窯爐升溫時(shí)拱頂?shù)呐蛎浲屏鹘o“金屬鋼架”或“金屬殼體”，由金屬鋼架或金屬殼體來承受這個(gè)推力，并夾緊以防拱頂?shù)呐蛎浰涓G爐砌筑采用濕法砌筑時(shí)，所選用的“耐火泥”與所用“耐火磚”還應(yīng)具有相同或盡可能相近的耐火度。新砌筑的窯爐，必須 “烘窯”或“烤窯” ( Dryin

26、g of Kiln ) 不同的窯爐有著不同的“烘窯曲線”（也被稱為“烘烤曲線”）,國際單位制和工程單位制,,國際單位制和工程單位制,1atm = 760 mmHg =10336 mmH20 = 101325 Pa1at = 10000 mm H20 = 9.81×104 Pa1 mmH20 = 9.81 Pa1 bar = 103 mbar = 105 Pa=0.1MPa1M Pa = 10.2 at1 mmHg=1