玉制品高温梭式窑设计全解

19M31650℃刚玉制品高温梭式窑设计班级：材料科学1101姓名：指导教师：徐长海设计总说明梭式窑，或称抽屉窑，也叫车底式窑或活底式窑，是从传统的倒焰窑演变而来，故而属于“间歇式”或“半连续式”窑型。随着国内陶瓷工业燃料结构由煤、油向煤气、液化石油气的过渡,梭式窑已被广泛地用于陶瓷、耐火材料以及建筑材料等行业。本文是对19m31650℃氧化铝制品高温梭式窑的设计，主要包括窑墙与窑顶尺寸的设计和燃烧计算与燃烧设备的选择,等等。本文中梭式窑选用重油燃料。关键词：梭式窑，重油，高温，刚玉制品19m3,1650℃CorundumProductsHighTemperatureShuttleKilnDesignDesignDescriptionTheshuttlekilnisalsocalleddrawerkiln,orbythenameofthekilnunderneaththecarorthekilnliveupstairs,whichisevolvedfromthetraditionaldowndraftkiln.sothiskindofkilnbelongsto"intermittent"or"semi-continuous"kilntype.Thedomesticceramicindustryfuelstructurehasexperiencedthechangefromcoalandoiltocoalgas,oil,liquefiedpetroleumgas,theshuttlekilnhasbeenwidelyusedinceramics,refractorymaterialsandbuildingmaterialsindustriesunderthistransformationcircumstance.Thisthesisdescribesthedesignof19m31650℃high-temperatureshuttlekilnwhichcanfabricatecorundunproducts.Itmainlyincludesthedimensiondesignofkilnwallandkilncrown,thecalculationofcombustionandthechoiceofcombustionequipment,etc.Theshuttlekilnusingheavyoilasfuelinthisarticle.Keywords: shuttlekiln,heavyoil,hightemperature,corundunproducts

目录28561.设计要求 4293292.窑炉主要尺寸设计 4276933.窑炉砌筑体 657003.1砌筑体材质的选择 681723.1.1窑墙 6176913.1.3窑车 7167133.2砌筑体尺寸的确定 7130523.2.1窑墙尺寸的计算 8283813.2.2窑顶尺寸的计算 8320653.3膨胀缝 9279534.燃烧计算及燃烧设备的选择 10267474.1燃料燃烧计算 10327644.2实际燃烧烟气组成及实际燃烧温度 1174994.3烧嘴的数量、选型以及布置 1323065致谢 1425843参考文献 151.设计要求1.窑炉种类：刚玉制品高温梭式窑2.窑内有效容积：19m33.最高烧成温度：1650℃4.每窑要求生产成品：5-150吨/窑5.成品率：95%6.装窑密度：1.2吨/立方米7.窑容积系数：0.98.燃料种类及组成：重油表1.重油组成成分含量（%）85.511.50.50.52.0-9.空气过系数α=1.1～1.1510.燃料消耗量：160kg/h11.当地气象条件：夏季平均温度27℃，年平均大气压力96000Pa2.窑炉主要尺寸设计窑体的主要尺寸主要依据被煅烧制品的产量要求，产品性能、烧嘴喷射能力、温度分布均匀性等各方面因素综合确定。(1)梭式窑内高为窑车台面至窑顶的空间高度。根据材料所能允许的堆垛高度来确定窑的内高。如镁砖由于其荷重软化温度和他的烧成温度接近，砖跺高度不宜太高，故其窑内高通常在1米左右；而硅砖由于其荷重软化温度高，其窑内高通常在1.9—2.1米；现有粘土砖和高铝砖窑内高分别为1.5—1.9米和1.1—1.5米。砖跺上下所允许的温差也是考虑窑内高时应注意的影响因素之一。窑高增加，上下温差加大，容易造成烧成质量不均匀。本梭式窑的内高设计为1400mm。(2)梭式窑的内宽为窑内两侧窑墙之间的距离。窑的内宽与窑的产量和允许的温差有关。产量随窑宽的增加而增大，太宽则中心温度偏低。现代梭式窑多采用扁宽型断面设计，窑的宽高比一般为EQ2，其中B为窑的内宽，H为窑的内高。本梭式窑的内宽设计为2784mm。(3)拱中心角的选择。梭式窑的窑顶有拱顶和吊顶两种类型。耐火材料梭式窑，烧成温度高，多为拱顶窑。拱顶采用楔形砖砌筑，拱中心角的选择很重要，拱中心角太小，拱砖受力太大，在使用过程中还会产生下沉现象；反之若拱中心角大，拱半径小，当受热时，拱砖膨胀，拱会被挤起而产生开裂现象，同时拱过高，拱顶制品之间孔隙加大，增加上下温差。拱中心角一般在60°~180°之间，其中60°的拱中心角采用较多。本梭式窑的拱中心角采用60°，其半径为2784mm，矢高为373mm。(4)当梭式窑的内高、内宽确定以后，就可以计算出梭式窑的横截面积，而后再确定出梭式窑的总长度L：L=式中：V—窑容积，m3。可由装窑密度、产量要求及窑容积利用系数求出；F—窑横截面积，m2。可由窑矩形及弓形面积之和求出。求得:F==3.560m2，L=V/L=15÷3.158=5.340m3.窑炉砌筑体3.1砌筑体材质的选择选择砌筑体材质时充分考虑了砌筑体所处的工作条件，其中包括：(1)工作温度：该窑炉因用于刚玉制品，最高烧成温度为1650℃。(2)温度应力：承受温度应力较大的部位，选择稳定性好的材料。(3)承重荷载：承受荷重大的部位选择了强度大的砖。轻质砖和硅藻土砖不能用于砌筑承重拱顶或拱角砖，也不能用于砌筑同钢结构立柱相接触的窑垟。在温度下承重还考虑了材料的荷重软化点。(4)化学侵蚀：不同种类的耐火制品砌筑接触时，考虑了它们之间的反应；对于整个窑体来说，还要防止由于局部砌体过早损坏而导致停产。3.1.1窑墙窑墙要有一定强度才能承受荷重、支持窑顶；要耐高温；要能保温，以维持窑内煅烧温度，减少散热损失，降低环境温度。本梭式窑的窑墙由内向外分别采用了刚玉砖（98%）、泡沫氧化铝砖、粘土砖砌筑。3.1.2窑顶窑顶除要有一定强度、耐热、保温性能好坏，还要不漏气、重量轻，推力小等要求。当拱顶选用粉料保温时，为了防止粉料在拱顶膨胀时掉到拱砖缝内，停窑时拱砖不能复原，以及为使窑顶严密可在拱顶上铺一层砖，其上抹20毫米厚粘土熟料泥浆，窑顶表面平铺一层红砖以便行走。本梭式窑的窑顶采用刚玉砖（98%）、泡沫氧化铝砖砌筑，用高炉矿渣填充。3.1.3窑车窑车衬砖是梭式窑的活动窑底，它是用来保护金属窑车和装载制品烧成的，它每经过窑内一次，既被加热又被冷却，经受周期性的温度变化，同时还要在窑车衬砖面上进行经常性的装卸工作，因此窑车衬砖较易松动和损坏，严重时阻碍窑车在窑内正常运行。刚玉砖（98%）、泡沫氧化铝砖、粘土砖、红砖、高炉矿渣的最高使用温度、体积密度及相应的导热系数如表2:表2.耐火材料、建筑材料及绝热材料的导热系数刚玉砖（98%）泡沫氧化铝砖红砖高炉炉渣粘土砖最高使用温度（℃）1700~180015006006001300~1400体积密度（kg/m3）3000380~4801900~2300500~550导热系数[W/(m·℃)]2.90~0.58×10-3t~0.250.7~1.20.093+0.291×10-3t0.698+0.64×10-3t3.2砌筑体尺寸的确定根据公式q=（-）来确定各种材料的厚度。由此公式可以堆出：（-）3.2.1窑墙尺寸的计算对于本窑炉，窑内最高温度为1650℃，保温层的温度为530℃，窑墙的外表面温度取100~120℃，空气温度取20℃。查表得：散热表面的温度120℃时，散热表面垂直（窑墙）时的散热量为1380千卡/米2·时，散热表面向上（窑顶）时的散热量为1600千卡/米2·时。窑墙散热量：q1=1380×103×4.184÷3600=1604J/m2·s刚玉砖（98%）:λ1=2.90–0.58×10-3×(1650+1500)÷2=1.9865W/(m·℃)（-）=1.9865÷1604×(1650-1500)=0.186m查表后取232mm;验算：代入=232mm，得=1462.6℃，相对误差为2.5%<4%。泡沫氧化铝砖：λ2=0.25W/(m·℃)（-）=0.25÷1604×(1500-500)=0.155m查表后取232mm;验算：代入=232mm，得=384℃，相对误差为3.5%<4%。粘土砖：λ3=0.698+0.64×10-3×(500+120)÷2=0.8964W/(m·℃)（-）=0.8964÷1604×(500－120)=0.212m查表后取232mm;验算：代入=232mm，得=120.6℃，相对误差为0.5%<4%。3.2.2窑顶尺寸的计算窑顶散热量：q2=1600×103×4.184÷3600=1860J/m2·s刚玉砖（98%）：λ4=2.90–0.58×10-3×(1650+1450)÷2=2.001W/(m·℃)（-）=2.001÷1860×(1650-1450)=0.215m查表后取232mm;验算：代入=232mm，得=1434℃，相对误差为1.07%<4%。泡沫氧化铝砖：λ5=0.25W/(m·℃)（-）=0.25÷1860×(1450－600)=0.114m查表后取116mm;验算：代入=116mm，得=586.9℃，相对误差2.17%<4%。高炉炉渣：λ6=0.093+0.291×10-3×(500+120)÷2=0.183W/(m·℃)（-）=0.183÷1860×(500-120)=0.40m取40mm;3.3膨胀缝几种常用的耐火材料每米砌体的膨胀缝按下列尺寸留设。耐火粘土砖和轻质粘土砖砌体5~6mm/m硅砖砌体12mm/m镁砖砌体10~12mm/m高铝砖砌体6~8mm/m由于上述所用的材料的工作温度都大于800℃，都应设膨胀缝，且膨胀缝的位置应避开受力部位和骨架，关应按间距2米左右均布。窑墙膨胀缝的内层与外层之间留成锯齿形，上下层之间留成锁口形式以保证密封。窑顶膨胀缝，单层拱顶留直缝，为保证密封应在拱顶压一层砖；多层拱顶膨胀缝应错开，最上一层应拱顶也应压一层砖保证密封。如图1：图14.燃烧计算及燃烧设备的选择4.1燃料燃烧计算窑炉使用的重油组成如表1，空气过剩系数α=1.1。(1)每1kg重油燃烧所需要的空气量理论空气量为：V=V×=(++－)×22.4×=(++－)×22.4×=10.67Nm3/kg实际空气量为：Va=αV=1.1×10.67=11.74Nm3/kg(2)1kg重油燃烧生成烟气量理论生成烟气量为：V0=+++=(+++)×22.4+V=(+++)×22.4+×10.67=11.34Nm3/kg实际生成烟气量为：V=V0+(α－1)V=11.34+(1.1－1)×10.67=12.413Nm3/kg4.2实际燃烧烟气组成及实际燃烧温度（1）烟气组成：CO2=×22.4××100%=×22.4××100%=12.86%SO2=×22.4××100%=×22.4××100%=0.028%H2O=(+)×22.4××100%=+×22.4××100%=10.58%O2=(α－1)V×21%××100%=(1.1－1)×10.67×21%××100%=1.81%N2=Va×79%××100%=11.74×79%××100%=74.7%（2）实际燃烧温度温度液体油的发热量:Qnet=32793Car+98320Har－9100(Oar－Sar)－2450War=32793×0.855+98320×0.115+9100－9100(0.005－0.005)－2450×0.02=39295.815kJ/kg燃烧所需空气量：Va=11.74Nm3/kg实际烟气量：V=12.413Nm3/kg发生燃烧时重油温度tf与空气温度ta均为27℃，其中空气在0~27℃的平均比热容为1.296kJ/Nm3.℃,重油在0~27℃的平均比热容为1.36kJ/Nm3.℃。理论燃烧温度：tth==（39295.815+1.36×27+11.74×1.296×27）/12.413c即12.413ctth=39743.341设tth′=1900℃,查表知重油燃烧产物的平均比容物C′=1.66kJ/Nm3.℃，则Q′=12.413×1.66×1900=39150.602＜39743.341设tth′′=2000℃，查表知重油燃烧产物的平均比容物C′′=1.67kJ/Nm3.℃，则Q′′=12.413×1.67×2000=41459.420＞39743.341此时，tth的值必在tth′与tth′′之间，可用内插法以求tth值，即：==解得tth=1925.67℃实际燃烧温度tp=ηtth，设取高温系数η=0.75（陶瓷倒焰窑）需对空气进行预热，（利用余热）：设预热到600℃，则由tth=，得=1.3837kJ/Nm3.℃（600℃）得到，tth=设=2200℃，→=12.413×1.69×2200=46151.534<49120.8设=2400℃，→=12.413×1.71×2400=50942.952>49120.8此时，tth的值必在tth′与tth′′之间，可用内插法以求tth值，即：=解得tth=2323.94℃实际燃烧温度tp=ηtth，设取高温系数η=0.75（陶瓷倒焰窑）∴tp=0.75×2323.94=1743℃>1700℃，满足要求4.3烧嘴的数量、选型以及布置本窑采用2对北京神雾公司的WDH-TCC2型烧嘴该烧嘴技术性能如下：表3.烧嘴各项技术指标热负荷燃气助燃空气流量调节比例火焰长度炉膛温度流量压力流量温度压力2×104Kcal/h2.4Bm3/h1000Pa～0.2MPa24Bm3/h常温～550℃1500～3500Pa1：6200～30001800℃布置在窑墙两侧，在同一水平面上交错布置，每只还配置了自力式燃气—空气比例调节器以及分散单元式小型换热器。高速凋温烧嘴选择重油和预热空气预混无焰完全燃