余热利用基本资料.doc

2.1隧道窑概述 在制砖生产过程中，烧成是一道重要工序。常见的烧成设备有两大类。一类是连续加热窑，如隧道窑；另一类为间歇加热窑，如例焰窑。由于隧道窑具有产量大、煤料消耗低、热效率高以及劳动条件好等诸多优点，从而得到广泛应用。 隧道窑因类似铁路山洞的隧道而得名，隧道窑有多种分类方法，按温度进行分类有：（1）低温隧道窑(1000～1350℃)、(2)中温隧道窑(1350～1550℃)、(3)高温隧道窑(1550～1750℃)和(4)超高温隧道窑(1750～1950℃)四类，煤矸砖隧道窑属于中低温隧道窑，目前多采用单通道车式隧道窑，图2—1所示为其中的一种系统图。隧道窑属于逆流操作的热工设备，即窑车上的坯体，由推车机的推动，在隧道内与气流依相反方向连续或间歇移动，并完成预热、烧成、冷却过程。因此将隧道窑沿窑长分为预热、烧成、冷却三带。 窑车进入预热带后，车上的坯体首先与来自烧成带的燃料燃烧的烟气接触，并逐渐加热；进入烧成带后，坯体借助燃料燃烧放出的大量热量，达到所要求的最高烧成温度，再经过一段时间的保温，坯体被焙烧成制品；高温烧成的制品进入冷却带，与窑尾进入的大量冷空气进行热交换，制品冷却后被推出窑外。 被加热的空气一部分作为助燃空气，送入烧成带，另一部分抽出供坯体干燥用。燃料在烧成带燃烧后所产生的高温烟气，沿窑内通道流入预热带，在加热坯体时本身被冷却，最后由预热带排烟口、支烟道、主烟道经排烟机、烟囱被排出。 从上述分析可以看出，制品与气流按照逆流方向运动，热量得到充分利用，因此隧道窑热效率较高。 本研究对象煤矸砖隧道窑是利用砖坯所含热值进行自燃烧制，因此，隧道窑结构与其它不尽相同，其结构如图2－2所示。具体结构尺寸为108m×2.3m×1.78m。 由于本隧道窑采用自燃砖烧制工艺，所以，在冷却段余温较高，若直接将砖推出会造成热量的极大浪费，为节约能源，充分利用热量，采用了余热利用技术，研制出了余热利用装置。 图2－3 横向断面结构 隧道窑余热利用装置段内热交换的结果总是水冷壁管表面获得热量，它是由物料表面对水冷壁管表面的换热、气体对水冷壁管表面的换热和隧道窑墙表面对水冷壁管表面的换热这三部分组成的。（图4-1） 图4-1 隧道窑余热利用装置段内的换热简化模型 隧道窑余热利用装置段内热交换的结果总是水冷壁管表面获得热量，它是由物料表面对水冷壁管表面的换热、气体对水冷壁管表面的换热和隧道窑墙表面对水冷壁管表面的换热这三部分组成的。（图4-1） 图4-1 隧道窑余热利用装置段内的换热简化模型 首先分析当存在吸收—透过性气体时表面和表面的辐射换热情况。 由物料辐射出通过气体投射到水冷壁管表面上的辐射热流为。由表面辐射出通过气体投射到表面上的辐射热流为。表面对表面的净辐射热流为 =- 考虑到角系数的相互性：=和，则上式可以改写为 由上式可以看出，相当于表面和表面间具有吸收—透过性介质时的空间热阻，其中可以看作是由于存在吸收—透过性介质而使空间热阻有所增加。 同理，可以推导出： 表面和表面间具有吸收—透过性介质时的空间热阻为； 表面和表面间具有吸收—透过性介质时的空间热阻为。 其次分析气体介质对表面的辐射换热。根据气体辐射能量平衡，气体对表面的净辐射热流等于气体对表面的自身辐射热流减去气体吸收来自表面的辐射热流，即 =- 式中 为气体外界面的辐射力； ——气体外界面对表面的角系数； ——表面对气体外界面的角系数。 考虑到角系数的相互性，则=。认为气体为灰体，则，，则上式可以改写为 上式中的相当于表面和介质间的空间辐射热阻。 同理，可以推导出： 表面和介质间的空间辐射热阻为 表面和介质间的空间辐射热阻为 由此可以绘制出具有吸收—透过性介质的两面封闭系统内辐射换热的网络图（图4-2）。 图4-2 有吸收—透过性介质时的辐射网络图 根据图4-2可以列出节点、和的热平衡方程式如下： 此方程组中包含着三个未知数、和，解此方程组可以得到表面、表面和表面的有效辐射、和，然后可以计算表面、表面和表面的净辐射热流。 进一步假设隧道窑墙表面为辐射绝热面，即该面的净辐射热流密度等于0，则其有效辐射等于黑体的自身辐射（即=）。在这种情况下的辐射换热网络图简化为图4-3（图中因，故在空间热阻中略去）。在实际的隧道窑内，如果通过隧道窑墙向外的散热与隧道窑内对流换热传给隧道窑墙的热量在数值上接近，则上述假设就是合理的。在这种情况下，隧道窑墙仅起着传热的中间体作用。 图4-3 当为辐射绝热面时的网络图 则和间的空间热阻为： 和间的空间热阻为： 和间的空间热阻为： 则图4-3可等效简化为图4-4 图4-4 当为辐射绝热面时的等效简化网络图 原方程组可简化为： 进一步假设表面和表面为非可自见面，则=0，=0；又因为隧道窑中物料与隧道窑墙的