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

2、機非金屬窯爐,二、課程特點,強調“三傳一反的能量交換”：動量、質量、熱量傳遞、燃燒與燒成反應。 強調平衡概念：能量平衡、動量平衡、物料平衡。 強調基本概念、基本定律、基本方法、基本理論知識。強調理論與實踐：用基本的理論知識去理解硅酸鹽行業(yè)常見的熱工設備（窯爐、煙囪等）的工作原理。強調分析問題、解決問題的能力。,三、課程的主要研究方法,數(shù)學方法：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)量級分析等；模型方法：物理模型及數(shù)學模型的建立；類比方法：熱電類比及動量，質量，熱量傳遞的 類比等；,四、課時安排及考核方式,緒 論 （1學時） 第一章 流體力學（5學時） 第二章 傳熱（7學時）第三章 干燥過程及干燥設備(5學時) 第四章 燃料及其燃燒（6學時）第五章 熱工設備（8學時）

4、,（共32學時）,考核方式： 出勤+課堂提問互動 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,綜合計算,考試內(nèi)容：,五、教材及教學參考書,教　材 :姜金寧 《硅酸鹽工業(yè)熱工過程與設備》 冶金工業(yè)出版社 參考書: 孫晉濤 《硅酸鹽熱工基礎》武漢工業(yè)大學出版社 徐利華 《熱工基礎與工業(yè)窯爐》冶金工業(yè)出版社 楊世銘 《傳熱學》 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　 言熱工設備分類熱工設備發(fā)展單 位 制,引 言,材料科學和窯爐發(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,窯爐結構和熱工基礎 (流體力學、燃燒學、傳熱學）,工藝過程和熱工過程 (陶瓷、玻璃、水泥),設計依據(jù)和設計原則,

7、工藝過程,陶瓷： 配料----成型----燒成 燒成制品窯 （基礎）（手段）（關鍵）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：預熱---燒成---冷卻,玻璃：熔融---澄清--

8、-冷卻,水泥： 干燥--預熱--碳酸鹽分解--固相反應 --液相燒結--熟料凝結,熱工過程,連續(xù)式（陶瓷、玻璃）窯爐,預熱帶,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 兩個相對獨立的子系

9、統(tǒng),平焰與倒焰 火焰流動方向與窯內(nèi)上下溫差的關系,間歇與連續(xù)式窯爐的差別： 產(chǎn)量 熱效率 勞動強度 自動控制 溫差 燒成制度調整 投資額,返回,窯爐分類 ——（A）陶瓷窯爐 Kg/d,運載工具：窯車式— 隧道窯 非窯車式— 推板窯 輥道窯 氣墊窯 步進窯,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： 素燒 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 側燒窯 燒成速度： 快燒窯 火焰流動方向： 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,火焰流動方向： 橫焰窯 縱焰窯 馬蹄焰窯（水平 、 垂直）,余熱回收設備： 蓄熱式（立式、臥式）；換熱式（金屬、陶瓷）,窯頂結構： 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 (自動卸料） 機械化立窯 (自動卸料、自動加料） 回轉窯： 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+干法回轉窯 懸浮預熱器窯 e：45-50

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

16、轉窯窯體；2.窯頭小車；3.熱煙室；4.冷卻筒；5.窯頭鼓風機；6.集塵室；7.煙囪；8.進料,,水泥窯爐,立波爾窯,,水泥窯爐,,煙氣,1400℃,,,懸浮預熱器窯,,水泥窯爐,加料管,,熟料庫,,電收塵器,,煙囪,預分解窯,,水泥窯爐,,燃燒設備,窯外分解爐系統(tǒng),,,機械化立窯,,水泥窯爐,機械化水泥立窯系統(tǒng)：1.煙囪；2.撒料溜子；3.窯體；4.耐火磚；5.腰風管；6.底風管；7.傳送裝置；8.電動機；9.密封卸料.,讓我們追尋

17、那已逝去久遠的年代，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 新石器時期

18、彩陶 穴窯 ( 豎穴、橫穴）,新石器時期晚期 灰、黑陶 釉陶 改進的穴窯,（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 階級窯--德化窯 串窯,- 400 年前 明末清初 高級瓷 蛋形窯--景德鎮(zhèn)窯,先進陶瓷 先進窯爐,（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世紀初 英國人 厥斯勒 大大改進 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 萬年前的新石器時期，挖穴建室已興起，當時的“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（一種石灰質原料）涂鋪，表面變得光滑堅硬。應用“火”后，人們煅燒石膏或石灰調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，燒制技術已有相當高的水平。生產(chǎn)發(fā)展后，用石灰漿加入火山灰調制，增加強度，也

22、是當時不少古建筑采用的“三合土”的主要成分 ，也可加入些廢陶、碎磚。 18世紀后期生產(chǎn)有了量的概念，逐漸由天然制作轉向人工合成。含粘土 20 ～25 ?的石灰煅燒后磨細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世紀發(fā)展到人工配料，組織工業(yè)化生產(chǎn); 1877年第一臺回轉窯（干法）問世，英國人 的專利。后來有了立窯、濕法回轉窯。 (2) 20世紀20年代出現(xiàn)了立波爾窯;(3) 20世紀50年代出

23、現(xiàn)了懸浮預熱器窯;(4) 20世紀70年代出現(xiàn)了預分解窯。 隨著水泥窯爐的更新，水泥生產(chǎn)技術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”，顯然筑爐材料應當包括“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。這就是構成高溫空間窯墻的傳統(tǒng)基本構造從熱工設備的角度來看，我們的著重點應當放在如何正確、合理地為熱工設備（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，且造價和成本又合理、低廉。,筑爐材料與窯爐砌筑,窯爐是一個特殊的建筑結構，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：砌筑窯爐時就要留出足夠的“膨脹縫” ( Expansion Joint ）以適應窯爐升溫

25、時的膨脹作用窯的“拱”頂（玻璃窯叫做“暄”）在砌筑時還應設立“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，所選用的“耐火泥”與所用“耐火磚”還應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