智能微型电热辊道窑设计开发

辊道窑温度分布式智能控制系统的研究及应用2008-11-7 11:19:00黄义新，方怡冰供稿摘要：根据辊道窑的特点及常规PID控制器的局限性，采用基于继电反馈的整定方法确定PID控制参数，在此基础上，采用模糊控制理论，根据系统运行过程中的偏差绝对值及偏差的积累绝对值，对PID参数进行实时校正，当参数或工况发生变化时，逐步调整PID参数值，使系统控制性能处于最优状态，实现对PID参数的在线智能校正，并以RS-485串行通信方式组成分布式智能控制系统对辊道窑温度进行集中监控。

该系统已在现场长期连续运行，性能稳定，可靠性高，具有良好的控制性能。

关键词：分布式控制系统；智能控制；PID参数自整定；辊道窑。

1 引言陶瓷生产是一门古老、历史悠久的传统工业，陶瓷辊道窑的生产过程均采用传统的手工操作，炉温波动幅度大，造成瓷砖质量不高，甚至出现产品不合格的情况，再加上现场环境条件差，工人的劳动强度大，操作员工增加，对企业的经济效益影响较大。

为了提高陶瓷生产水平，根据企业的实际需求和工厂提出的工艺要求，我们研制了一套分布式智能控制系统对辊道窑炉温度进行集中监控，保证炉温的误差在工艺要求之内，从而提高瓷砖的质量与产量，改善工人的劳动条件，提高生产效率。

2 辊道窑温度分布式控制系统的组成及原理该系统由上位机与下位机两大部分组成，上位机与下位机通过RS-485通讯协议完成信息的传递，上位机由586微机加RS232C/RS485转换器构成，位于集中控制室，完成向下位机（现场控制器）发送命令、接收现场控制器数据及数据分析、存储、报表打印、显示等功能。

下位机由现场温度智能控制器、温度传感器，电动比例调节阀等组成，主要完成对辊道窑炉各点温度的测量、控制及向上位机发送有关数据等。

6个控制器通过电动比例调节阀调整喷油量达到分别控制窑炉内6点温度，从而保证窑炉烧成带温度的恒定，该系统特别适合于象辊道窑这样的小规模DCS系统。

3 智能温度控制器的设计3.1 概述常规PID控制器由于具有原理简单，稳定性好，易于实现等优点，因而在过程控制中得到广泛应用，但在辊道窑温度控制系统中，常规PID控制器也暴露出其局限性。

辊道窑窑炉设计辊道窑窑炉设计1 前言陶瓷窑炉可分为两种:一种是间歇式窑炉,比如梭式窑;另一种是连续式窑炉,比如本设计书设计的辊道窑。

辊道窑是当代陶瓷工业的先进窑炉，我国70 年代开始已陆续应用于日用陶瓷工业、建筑陶瓷工业。

80 年代后，滚到窑已广泛地用于我国建陶工业中。

辊道窑由于窑内温度场均匀，从而保证了产品质量，也为快烧提供了条件；而快烧又保证了产量，降低了能耗。

产品单位能耗一般在2000～3500 kJ/kg ，而传统隧道窑则高达5500～9000 kJ/kg 。

所以，辊道窑是当前陶瓷工业中优质、高产、低消耗的先进窑型，在我国已得到越来越广泛的应用。

烧成在陶瓷生产中是非常重要的一道工序。

烧成过程严重影响着产品的质量，与此同时，烧成也由窑炉决定。

在烧成过程中，温度控制是最重要的关键。

没有合理的烧成控制，产品质量和产量都会很低。

要想得到稳定的产品质量和提高产量，首先要有符合产品的烧成制度。

然后必须维持一定的窑内压力。

最后，必须要维持适当的气氛。

通过对其窑炉结构和控制的了解，借鉴经验数据，本文设计的辊道窑，全窑长200 米，内宽2.81米，烧成温度是1180 摄氏度，燃料采用天然气，单位质量得产品热耗为2543.6 kJ/kg。

热效率高，温度控制准确、稳定，传动用电机、链传动和齿轮传动结构，联接方式主要采用弹簧夹紧式，从动采用托轮磨擦式，传动平衡、稳定，维护方便，控制灵活。

经过紧张的三周，有时候，特别是画图时，对于没有经过训练的我们来说，很是不容易，进入状态时饭也顾不上吃，叫外卖，夜以继日的，就像绣花一样，不经历还真不知道这其中的滋味，我想这次的窑炉设计实习，给予我们的不仅仅是设计的本身，还让我们知道什么是细致，什么叫技术。

在此，特别感谢周露亮、朱庆霞、孙健、李杰几位老师的细心指导，没有他们的指导，我们就无从下手。

由于水平所限，设计书中一定有不少缺点和不足之处，诚挚地希望老师批评指正。

2 设计任务书一、设计任务:日产10000 平米玻化砖辊道窑设计设计任务：日产10000 平米玻化砖天然气辊道窑炉设计（一）玻化砖1．坯料组成（%）：SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O I.L68.35 16.27 2.30 2.65 0.85 1.76 2.15 4.852．产品规格：400×400×8mm，单重3 公斤/块；3．入窑水分：＜1%4．产品合格率：95%5．烧成周期：60 分钟（全氧化气氛）6．最高烧成温度：1180℃（温度曲线自定）（二）燃料天然气CO H2 CH4 C2H4 H2S CO2 N2 O2 Qnet(MJ/Nm3)0.2 0.2 95.6 3.5 0.3 0.1 0.1 0 41.58（三）夏天最高气温：37℃3 窑体主要尺寸的确定3.1 窑内宽的确定产品的尺寸为400×400×10mm，设制品的收缩率为8%。

36米电热烤花辊道窑设计摘要：一、引言二、设计目标和要求三、设计原理和结构1.结构组成2.工作原理四、技术参数和性能指标1.规格尺寸2.温度控制3.产量和效率五、操作与维护1.操作流程2.注意事项3.维护保养六、应用领域和市场前景正文：【引言】随着我国陶瓷行业的快速发展，对生产设备的需求越来越高，电热烤花辊道窑作为一种先进的陶瓷烤花设备，具有节能、环保、高效等优点，广泛应用于建筑陶瓷、卫生陶瓷等领域。

本文将详细介绍36米电热烤花辊道窑的设计。

【设计目标和要求】36米电热烤花辊道窑的设计目标是满足陶瓷制品生产过程中对高质量烤花的需求，提高生产效率，降低能耗。

要求设备结构紧凑、稳定可靠、操作简便、维修方便。

【设计原理和结构】【结构组成】36米电热烤花辊道窑主要由辊道、燃烧器、电热元件、传动装置、温控系统、气氛控制系统等部分组成。

【工作原理】在烤花过程中，制品通过辊道进行输送，燃烧器提供热量，电热元件对制品进行加热，传动装置负责辊道的运行，温控系统控制烤花温度，气氛控制系统保持窑内气氛稳定。

【技术参数和性能指标】【规格尺寸】36米电热烤花辊道窑的长度为36米，宽度根据生产需求可定制。

【温度控制】温度控制范围：常温至1000℃，温度波动：±5℃。

【产量和效率】产量：根据制品尺寸和厚度不同，产量在3-8平方米/小时；效率：电热转换效率高达90%。

【操作与维护】【操作流程】设备启动前，检查各部件是否正常；启动后，将制品放入辊道，调节温度和气氛，进行烤花；制品烤花完成后，关闭设备，清理现场。

【注意事项】在操作过程中，要定期检查设备运行情况，避免过载、过热，确保设备安全。

【维护保养】设备维护保养主要包括清洁、润滑、检查紧固件等，定期进行，确保设备正常运行。

【应用领域和市场前景】【应用领域】36米电热烤花辊道窑广泛应用于建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷等领域。

摘要本设计说明书对所设计的年产100万平方米瓷质砖以及100万件10寸平盘辊道窑加以说明。

说明书中具体论述了设计时应考虑的因素,诸如窑体结构、排烟系统、烧成系统和冷却系统等等.同时详细的进行了对窑体材料的选用、热平衡、管路、传动设计等的计算。

本次设计窑炉的燃料为焦炉煤气，在烧成方式上采用明焰裸烧的方法，既提高了产品的质量和档次，又节约了能源，辊道运输可减少窑内装卸制品，和窑外工序连在一起，操作方便，同时具有很高的自动化控制水平，在燃烧及温度控制上采用PID智能仪表，可以很方便的调节和稳定烧成曲线。

本说明书内容包括：窑体主要尺寸的确定、工作系统的确定、窑体材料的选择、燃料燃烧计算、热平衡计算、传动计算、管道尺寸阻力计算、风机的选型及工程材料概算。

目录前言 (5)1 原始资料收集 (5)2 窑体主要尺寸的确定 (6)2.1 进窑砖坯尺寸 (6)2.2 内宽的确定与排砖方法 (6)2.3 内高的确定 (7)2.4 烧成制度的确定 (8)2.5 窑长及各带长的确定 (8)2.5.1 窑长的确定 (8)2.5.2 各带长的确定 (9)2.5.3 辊道窑窑头、窑尾工作台长度 (10)2.5.4 窑体总长度的确定 (11)3 工作系统的确定 (11)3.1 排烟系统 (11)3.2 燃烧系统 (11)3.2.1 烧嘴的设置 (12)3.2.2 助燃系统 (12)3.2.3 液化石油气输送系统 (12)3.3 冷却系统 (13)3.3.1 急冷通风系统 (13)3.3.2 缓冷通风系统 (13)3.3.3 快冷通风系统 (14)3.4 温度控制系统 (14)3.4.1 热电偶的设置 (14)3.4.2 温度仪表选型 (14)3.5 传动系统 (15)3.5.1 辊棒的选择 (15)3.5.2 传动装置 (16)3.5.3 辊距的确定 (16)3.5.4 辊棒的联接形式 (17)3.5.5 传动过程 (17)3.6 窑体附属结构 (17)3.6.1 事故处理孔 (17)3.6.2 观察孔与测温口 (18)3.6.3 膨胀缝 (18)3.6.4 下挡墙和上档板 (18)3.6.5 钢架结构 (19)3.6.6 测压孔 (19)4 窑体材料确定 (19)4.1 窑体材料确定原则 (19)4.2 整个窑炉的材料表 (19)5 燃料及燃烧计算 (20)5.1 理论空气量计算： (21)5.2 烟气量计算 (21)5.3 燃烧温度计算 (21)6 物料平衡计算 (22)7 热平衡计算 (23)7.1 热平衡示意图 (23)7.2 热收入项目 (24)7.2.1 坯体带入显热Q (24)17.2.2 燃料带入化学热及显热Q (24)f7.2.3 助燃空气带入显热Q (24)a7.2.4 预热带漏入空气带入显热Q (25)a7.3 热支出项目 (25)7.3.1 热制品带出显热Q (25)27.3.2 窑体散失热Q (25)37.3.3 物化反应耗热Q (30)47.3.4 烟气带走显热Q (30)g7.3.5 其他热损失Q (30)57.4 列热平衡方程并求解 (31)7.5 列热平衡表 (31)（3）冷却带热平衡计算 (32)7.6 热平衡示意图 (32)7.7 热收入 (33)7.7.1 制品带入的显热Q (33)27.7.2 冷却风带入显热Q (33)67.8 热支出 (33)Q (33)7.8.1 制品带出显热7Q (34)7.8.2 热风抽出时带走的显热8Q (34)7.8.3 窑体散失热量97.8.4 由窑体不严密处漏出空气带走显热Q (36)107.9 列热平衡方程 (37)7.10 列热平衡表 (37)第八章管道尺寸以及阻力计算和风机选型 (38)8.1 抽烟风机的管道尺寸、阻力计算 (38)8.1.1 管道尺寸 (38)8.1.2 阻力计算 (39)8.1.3 风机的选型 (41)8.2 其他系统管路尺寸确定、风机的选型 (41)8.2.1 液化石油气输送管径的计算 (41)8.2.2 助燃风管计算 (42)8.2.3 冷却带风管计算 (43)8.2.4 风机选型 (45)第九章工程材料概算 (47)9.1 窑体材料概算 (47)9.2 钢材的概算 (49)前言随着经济不断发展，人民生活水平的不断提高，陶瓷工业在人民生产、生活中都占有重要的地位。

辊道窑设计开题报告1. 研究背景辊道窑是一种用于烧结陶瓷、水泥、石灰等物料的设备，它通过辊道的转动，将物料在高温下热处理，从而实现物料的烧结与转化。

辊道窑在陶瓷、建材等行业有着广泛的应用，对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。

然而，在目前的辊道窑设计中，存在着一些问题。

首先，现有的辊道窑在物料烧结过程中，往往存在温度不均匀的情况，造成产品质量的不稳定。

其次，现有的辊道窑传热不充分，导致能源消耗较高，不利于节能和环保。

此外，现有的辊道窑设备结构复杂，维护成本较高。

因此，我们有必要对辊道窑的设计进行研究和改进，以提高烧结效果、降低能源消耗、简化设备结构，从而提高产品质量和生产效率。

2. 研究目标本研究的目标是设计一种新型的辊道窑，以解决现有辊道窑存在的问题。

具体目标如下：1.提高物料烧结的温度均匀性，实现产品质量的稳定；2.提高辊道窑的传热效率，降低能源消耗；3.简化设备结构，降低维护成本。

3. 研究内容本研究将从以下几个方面展开：3.1 辊道窑结构设计通过对现有辊道窑结构的分析和改进，设计一种新型的辊道窑结构，以提高物料烧结的温度均匀性。

可能的改进措施包括：•优化辊道窑的内部结构，使物料能够更加均匀地受到热源的加热；•设计合理的出料口，以确保物料的均匀流动，并减少热量损失；•设置合适的风道和排气口，以调节窑内的气流分布，进一步提高温度均匀性。

3.2 辊道窑传热改进通过对现有辊道窑传热机制的研究和分析，设计一种高效的传热系统，以降低能源消耗。

可能的改进措施包括：•优化辊道窑与燃烧系统的连接方式，提高热能利用率；•设计合理的辊道窑内部气流流动方向，以提高气体与物料的传热效率；•寻找优化燃烧系统参数的方法，以提高燃烧效率，并减少烟气中的污染物排放。

3.3 辊道窑设备简化通过对现有辊道窑的结构和操作方式的分析和改进，设计一种更加简化的辊道窑设备，以降低维护成本。

可能的改进措施包括：•优化辊道窑的结构，减少零部件数量，并使用易于维护和更换的材料；•设计合理的控制系统和操作界面，以方便操作人员的操作和维护工作；•提供详细的使用说明和维护手册，以帮助操作人员更好地进行日常维护工作。

36米电热烤花辊道窑炉设计摘要：一、前言二、设计目标与要求三、窑炉结构与原理1.窑炉主体结构2.电热烤花系统3.传动系统4.控制系统四、窑炉性能参数1.长度2.宽度3.高度4.功率5.温度控制范围五、应用领域六、结论正文：【前言】随着我国陶瓷行业的迅速发展，电热烤花辊道窑炉作为一种高效、环保的烧结设备，越来越受到业界的关注。

本文将详细介绍一种36 米电热烤花辊道窑炉的设计。

【设计目标与要求】该窑炉的设计目标是满足陶瓷生产过程中对高质量、高效率、低能耗的需求。

要求具备稳定的温度控制、良好的传热效果、方便的操作和维修等特性。

【窑炉结构与原理】1.【窑炉主体结构】窑炉主体采用双层结构设计，内层为加热区，外层为保温层，以保证热量不易散失，提高热利用率。

窑炉内部设有多个加热器，以实现均匀加热。

2.【电热烤花系统】电热烤花系统是窑炉的关键部分，主要由加热器、温度传感器和传动装置组成。

加热器负责将电能转化为热能，温度传感器实时监测窑内温度，传动装置则保证烤花辊的稳定运行。

3.【传动系统】传动系统采用变频调速设计，可根据生产需要调整烤花辊的速度，以满足不同产品的烧结要求。

同时，该系统具有故障自动检测和保护功能，确保设备安全运行。

4.【控制系统】控制系统采用PLC 编程，可实现窑炉的自动控制，包括温度控制、速度控制、报警等功能。

操作人员可通过触摸屏进行参数设定和实时监控，方便快捷。

【窑炉性能参数】本窑炉长度为36 米，宽度、高度根据生产需要可定制。

功率为1200kW，温度控制范围为500-1200℃，可满足各类陶瓷产品的烧结需求。

【应用领域】36 米电热烤花辊道窑炉广泛应用于日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷等领域，尤其适用于高质量、大批量产品的生产。

【结论】总之，36 米电热烤花辊道窑炉设计合理，性能优良，能满足现代陶瓷生产的高标准要求。

36米电热烤花辊道窑设计摘要：一、引言二、36米电热烤花辊道窑的设计原理1.结构设计2.加热系统设计3.温度控制系统设计4.通风系统设计三、36米电热烤花辊道窑的实用性分析1.高效节能2.均匀加热3.安全可靠4.易于维护四、36米电热烤花辊道窑在实际应用中的优势1.在陶瓷行业中的应用2.在冶金行业中的应用3.在化工行业中的应用4.在其他行业中的应用五、结论正文：【引言】随着科技的发展和工业生产的日益现代化，各种新型窑炉设备应运而生。

36米电热烤花辊道窑作为一种高效、节能、环保的窑炉设备，在我国得到了广泛的应用。

本文将从设计原理、实用性分析以及实际应用优势等方面，详细介绍36米电热烤花辊道窑。

【36米电热烤花辊道窑的设计原理】36米电热烤花辊道窑的设计原理主要包括结构设计、加热系统设计、温度控制系统设计和通风系统设计。

1.结构设计：36米电热烤花辊道窑主要由窑体、传动系统、加热装置、保温层、冷却系统等部分组成。

其中，窑体采用优质不锈钢材料制造，具有较高的耐腐蚀性和耐磨性；传动系统采用变频调速，可实现窑内物料的匀速运行；加热装置采用电热管，具有良好的导热性能和热稳定性；保温层采用高温保温材料，有效减少热量损失；冷却系统采用水冷或气冷方式，确保窑内温度均匀。

2.加热系统设计：36米电热烤花辊道窑采用分组控制，每组加热器独立控制，可根据生产需求调整加热功率。

同时，加热系统配备有过热保护装置，确保设备安全运行。

3.温度控制系统设计：36米电热烤花辊道窑采用高精度温度控制系统，实现窑内温度的精确控制。

系统采用PID调节算法，具有响应速度快、控温精度高等特点。

4.通风系统设计：36米电热烤花辊道窑的通风系统采用强制循环通风，确保窑内气体流动均匀，提高加热效果。

同时，通风系统配备有除尘设备，有效减少污染物排放。

【36米电热烤花辊道窑的实用性分析】36米电热烤花辊道窑具有以下实用性优点：1.高效节能：采用电热管加热，热效率高，能耗低，节约能源。

电烧辊道窑技术与装备开发及应用方案一、实施背景随着全球能源结构的转变和环保意识的提高，产业结构改革已成为各国政府和企业发展的重要战略。

电烧辊道窑技术作为一种先进的陶瓷、玻璃、冶金等领域热能利用技术，具有显著的节能减排效果，市场前景广阔。

政策支持方面，各国政府纷纷出台了一系列鼓励节能减排和产业创新的政策，为电烧辊道窑技术的发展提供了有力保障。

技术发展趋势方面，随着电热元件、材料科学和控制技术的不断进步，电烧辊道窑技术的性能和稳定性得到了极大提升，为其广泛应用奠定了基础。

二、工作原理电烧辊道窑技术采用电热元件作为热源，通过电热转换产生高温，使窑内物料加热至所需温度。

与传统窑炉相比，电烧辊道窑具有显著的密封性和节能性。

其工作原理主要包括以下几个方面：1. 电热元件加热：采用高性能的电热元件，如硅碳棒、硅钼棒等，将电能转化为热能，产生高温。

2. 密封性能：电烧辊道窑采用先进的密封技术，如耐火纤维、陶瓷纤维等，确保窑内热量不流失，提高热效率。

3. 控制系统：采用先进的温度控制系统和自动化仪表，对窑内温度、气氛等参数进行实时监测和调节，确保产品质量稳定。

4. 辊道输送：物料在窑内通过辊道输送，实现连续化生产，提高生产效率。

三、实施计划步骤电烧辊道窑技术与装备开发及应用方案的实施计划步骤如下：1. 设计阶段：进行电烧辊道窑的整体设计和电热元件、密封材料、控制系统的选型。

根据实际需求，确定窑炉尺寸、产量、能耗等参数。

2. 实施阶段：按照设计方案进行设备制造和安装。

确保设备质量符合要求，安装过程符合安全规范。

3. 调试阶段：完成设备安装后进行调试，对温度控制系统、输送系统等关键部件进行测试和优化。

确保设备运行稳定，满足生产工艺要求。

4. 验收阶段：组织专家对电烧辊道窑进行验收，评估其性能、能耗等指标是否达到设计要求。

根据验收结果进行调整和优化。

四、适用范围电烧辊道窑技术及装备适用于陶瓷、玻璃、冶金等领域。

在陶瓷行业，电烧辊道窑可用于烧制瓷砖、卫生洁具、日用陶瓷等产品；在玻璃行业，可用于熔制平板玻璃、容器玻璃等；在冶金行业，可用于冶炼钢铁、有色金属等。

电热辊道窑的模拟仿真与优化设计研究随着工业技术的不断发展，电热辊道窑作为一种常见的加热设备，在陶瓷、玻璃、金属等行业中得到广泛应用。

为了提高电热辊道窑的性能和效率，模拟仿真与优化设计成为一种重要的研究方法。

本文将对电热辊道窑的模拟仿真与优化设计进行探讨。

首先，模拟仿真是对电热辊道窑性能和工艺的全面评估的重要手段。

通过建立数学模型和计算机仿真方法，可以预测电热辊道窑在不同工况下的热传输、温度分布和物质转化过程。

例如，可以模拟电热辊道窑中物料的流动、传热和化学反应过程，实现对窑内温度、速度和浓度等参数的预测与优化。

模拟仿真还可以通过改变设备结构、优化工艺参数等途径，提高电热辊道窑的能耗效率和生产质量。

其次，针对电热辊道窑的模拟仿真结果，优化设计成为提升设备性能的重要手段。

在模拟仿真的基础上，可以通过试验验证与优化设计相结合的方式，进一步提高电热辊道窑的热工性能、能耗效率和产品质量。

例如，针对模拟仿真结果中的热点区域和温度偏差等问题，可以通过调整辊道窑结构设计、改进辊道材料参数或优化燃烧系统，实现窑内温度均匀分布和加热均衡。

此外，还可以通过控制辊道窑的进料和出料速度、优化燃烧稳定性等方法，提高生产效率和产品质量。

在电热辊道窑的模拟仿真与优化设计中，需要考虑的关键因素包括材料特性、窑体结构、流动参数、热传导和辐射等热工学特性。

此外，也需要考虑窑料物性、传热转化速率、热量平衡以及陶瓷、玻璃等材料的熔点温度等。

同时，还需要综合考虑电热辊道窑的能耗、产品质量、工艺安全和环境保护等方面的要求。

针对电热辊道窑的模拟仿真与优化设计，可以采用多种方法和软件工具。

常见的计算模拟软件包括ANSYS Fluent、COMSOL Multiphysics等，它们可以通过建立数学模型和求解热传导方程、流体流动方程等，实现电热辊道窑的热工性能模拟。

此外，还可以借助MATLAB、SolidWorks等工具，对电热辊道窑的结构设计进行优化。