梭式窑设计说明书

../.22m31700℃氧化锆制品梭式窑设计计算说明书专业班级：材料0804班学号：马国艳31#指导老师：晋摘要梭式窑是从传统的倒焰窑演变而来，在烧制小批量、高质量、高科技、高附加值的瓷产品以及实验室规模或试验规模瓷新产品的小试、中试等方面仍有一定的优势。本次设计的22m3氧化锆制品梭式窑，最高烧成温度为1700℃，高1.2米，宽2.088米，采用60度的拱中心角，窑体总长度为9.90米。窑墙由三种耐火材料组成，从到外分别为刚玉砖，轻质硅砖砖，红砖，厚度分别为232mm、580mm、348mm。窑顶从到外分别为刚玉砖、泡沫氧化铝砖、高炉炉渣，厚度分别为232mm、232mm、55mm。选用3个长为3.3米的窑车，设置3对先进的高速调温烧嘴，高速调温烧嘴布置在半窑车位处，在窑的高度方向上，高速烧嘴往往是设置在梭式窑的偏上部，这样的布置有利于窑气体形成强烈的循环。关键词：梭式窑窑墙窑顶烧嘴燃烧目录1窑体结构及主要尺寸的设计计算41.1梭式窑高的确定41.2梭式窑宽的确定41.3拱中心角的选择41.4梭式窑总长度的确定52窑体砌筑体的设计52.1砌筑体材质的选择52.1.1窑墙52.1.2窑顶52.1.3窑车62.2砌筑体尺寸的确定62.2.1窑墙尺寸的确定62.2.2窑顶尺寸的确定72.3膨胀缝72.4砖数砌量的确定82.5加砂管83燃料燃烧计算及燃料设备的选择93.1燃烧计算93.2烧嘴的选型及布置设计计算114小结12参考文献13梭式窑是从传统的倒焰窑演变而来，故而属于“间歇式”窑型。在瓷领域以及耐火材料领域，尽管目前大规模工业化生产梭使用的窑炉是隧道窑以及更为先进的辊道窑，但是由于梭式窑对所烧成制品的适应性强，可以适应不同尺寸、不同形状、不同材质制品的烧成，所以它特别适合于小批量、多品种产品的生产。下面将详细介绍本次设计的22m31700℃烧成氧化锆制品梭式窑。原始资料：每窑要求生产成品：5-150吨/窑成品率：95%装窑密度：1.2吨/立方米窑容积系数：0.9最高烧成温度：1700℃燃料的种类及组成：重油重油组成为：%CHOSWA85.511.50.50.52.00(7)空气过剩系数：=1.1-1.15(8)燃料消耗量：160kg/h当地气象条件：夏季平均温度27℃，年平均大气压力96000Pa1窑体结构及主要尺寸的设计计算1.1梭式窑高的确定梭式窑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高。对于氧化锆制品梭式窑来说，由于其荷重软化温度和它的烧成温度接近，砖跺高度不宜太高，故其窑高通常在1米左右。砖跺上下所允许的温差也是考虑窑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。综合考虑后，将窑高定为H=1.2m1.2梭式窑宽的确定梭式窑的宽为窑两侧窑墙之间的距离，现代梭式窑多采用扁宽型断面设计，窑的宽高比一般为B/H≈2,其中B为窑的宽，经查表附录一圆整的B=2088mm。1.3拱中心角的选择梭式窑的窑顶有拱顶和平顶两种类型，耐火材料梭式窑，烧成温度高，多为拱顶窑。窑顶是用楔形砖砌筑，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度~180度之间，其中60度的拱中心角采用较多，本次设计选用60度的拱心角，查《热工课程设计指导书》附录2可准确确定拱顶尺寸：跨度B=2088mm，半径R=2088mm，矢高h=280mm。1.4梭式窑总长度的确定由上可知，B=2.088m，H=1.200m，h=0.280m，V=22m3。设F为窑横截面积：F=nπR2/360－×2.088×(2.088－0.280)+(1.2－0.280)×2.088=2.235m2由L=知，L==9.90m即确定梭式窑的总长度L=9.90m2窑体砌筑体的设计2.1砌筑体材质的选择最高烧成温度为1700℃2.1.1窑墙设置三层窑墙，考虑到最高烧成温度和材料最高使用温度，而且窑墙要有一定强度承受荷重、支持窑顶，以及防止发生化学侵蚀。设定窑温度为1700℃，窑墙外表面温度为120℃，空气温度为20℃。窑墙由三种耐火材料组成，从到外分别为刚玉砖，轻质硅砖，红砖。温降分别为1700℃、1550℃、600℃、120℃。2.1.2窑顶窑顶有三种材料组成，从到外分别为刚玉砖、泡沫氧化铝砖、高炉炉渣。温降分别为1700℃、1500℃、600℃、120℃。2.1.3窑车梭式窑的窑车运行轨道是由窑轨道、窑外托车轨道、窑外停车轨道和装车轨道等组成。这次设计的梭式窑采用轻质窑车，另外由于梭式窑窑车的装载量也较轻，所以梭式窑的窑车轨道一般是采用轻轨。其上部是用耐火材料砌筑的车台面，下部是金属车架，窑车的台面在梭式窑构成密封的窑底，窑车的裙板插入窑体两侧的砂封槽中，使窑车的上、下之间不漏气。选用长为3.3米的窑车，数量3个。窑有效容积：22m3。2.2砌筑体尺寸的确定计算窑墙厚度所用公式是属于稳定导热公式，用该公式计算的窑墙厚度对于连续式窑是适用的，而对于间歇式窑窑墙，则存在一定的误差。所以在设计中假定属于稳定导热。砌筑体的长、宽、高尺寸都应该考虑砖行。计算时并包括灰缝在。耐火砖灰缝一般为2—3mm。标准耐火砖尺寸为230×113×65毫米。耐火砖墙高度砌砖尺寸取68的倍数；耐火砖墙水平砌砖尺寸取116的倍数，其值可由《热工设计指导书》附录表格中查出。窑顶厚度也可用同样的方法计算，常用的标准拱中心角为60°和90°，拱厚为230~300毫米。吊拱顶厚230~300毫米，吊平顶厚200~250毫米。根据公式q=λ×(t－t外)/δ来确定各种材料的厚度。2.2.1窑墙尺寸的确定查《热工设计指导书》附录3可知，墙外表面温度为120℃，周围空气温度为20℃时，q=1370kcal/m2·h=1592w/m2，耐火材料的导热系数可查附录7和附录8：刚玉砖：λ1=2.90-0.58×10-3t=2.90-0.58×10-3×1625=1.943w/m·℃δ1=λ1×(t－t外)/q=1.943×150/1592=183mm查附录5，圆整δ1=232mm轻质硅砖：λ2=0.465+0.465×10-3t=0.465+0.465×10-3×1075=0.50w/m·℃δ2=λ2×(t－t外)/q=0.50×950/1592=575mm查附录5，圆整δ2=580mm红砖：λ3：0.7～1.2，取λ3=1.0w/m·℃δ3=λ3×(t－t外)/q=1.0×480/1592=302mm查附录5，圆整δ3=348mm2.2.2窑顶尺寸的确定查《热工设计指导书》附录4可知，墙外表面温度为120℃，周围空气温度为20℃时，q′=1600kcal/m2·h=1860w/m2，耐火材料的导热系数可查附录7和附录8：刚玉砖：λ4=2.90-0.58×10-3t=2.90-0.58×10-3×1600=1.972w/m·℃δ4=λ4×(t－t外)/q′=1.972×200/1860=212mm查附录5，圆整δ4=232mm泡沫氧化铝砖：λ5=0.25w/m·℃δ5=λ5×(t－t外)/q′=0.25×900/1860=121mm查附录5，圆整δ5=232mm高炉炉渣:λ6=0.093+0.291×10-3t=0.198w/m·℃δ6=λ6×(t－t外)/q′=0.198×480/1860=51mm圆整为55mm2.3膨胀缝mm窑体砌筑必须留有膨胀缝，尺寸在砌筑体长度中不必另加。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工作温度低于800℃的Ⅲ类粘土砖砌体，红砖，硅藻土砖砌体可以不留，当过长时可以留设。膨胀缝的位置应避开受力部位和骨架，并应按间距2米左右均匀布置。窑墙膨胀缝形式，外层之间留成锯齿形，上下层之间留成锁口式，以保证密封。拱顶膨胀缝形式，单层拱顶留直缝，为了保证严密在拱顶上应压一层砖。多层拱各层膨胀缝应错开，最上一层拱的膨胀缝也要盖一层砖。硅砖拱顶除长向留置膨胀缝以外，拱砖之间每隔3~5砖夹2~3毫米油毡纸。2.4砖数砌量的确定当采用标准尺寸的耐火砌筑时，每m³的用砖量为：T-3(230)砌体550块/米3红砖砌体，红砖(240)550块/米3拱顶用砖当采用标准拱时，其每环用砖品种及数量可由附录查出。当拱顶采用错砌时，首尾两环应尽量避免砍砖，可用相应的1宽标准砖找平。2.5加砂管加砂管用于向砂封槽加砂。加砂管设计时应注意：（1）其斜度为45°，较易出砂；（2）加砂管出口上沿，应做成和砂槽沿口平。高了，砂子易外溢，甚至影响窑车同行发生事故。低了，不易出砂。而加砂管出口下沿离砂封槽底，应有一定距离，否则不易出砂。如砂封槽矮，加砂管出口下沿和砂槽底做平也可以。3燃料燃烧计算及燃料设备的选择3.1燃烧计算已知：重油组成为：%CHOSWA85.511.50.50.52.00空气过剩系数：=1.1-1.15解：=1.10（1）理论空气量为Va0=VO20×=(++‐)××22.4=10.67Nm3/Nm3实际空气量为Va=αVa0=1.1×10.67=11.74Nm3/Nm3（2）理论烟气量为V0=（++++)×22.4+×Va0=（0.07125+0.0575+0.011+0.000156)×22.4+8.43=11.342Nm3/Nm3实际烟气量为V=V0+（α－1）Va0=11.342+（1.1－1）×10.67=12.409Nm3/Nm3煤气（3）烟气组成百分数计算CO2%=×100%=12.86H2O%=×100%=10.58SO2%=×100%=0.028N2%==74.74O2%=（α－1）Va0×21%/V=1.806实际燃烧温度的计算：查《材料工程基础》表6.15知，0～20℃时净化煤气的平均比热容为1.32KJ/Nm3·℃，即Cf=1.32kJ/Nm3·℃Qnet=32793C+98320H-9100(O-S)-2450W=39295.815kJ/Nm3·℃tth=(Qnet+Cftf+VaCata)/VC==即12.409C·tth=39635.335设tth′=1800℃，查表知平均比热容C′=1.65Q′=12.409×1.65×1800=36854.73设=2000℃，查表知平均比热容=1.67=12.409×1.67×2000=41446.06此时，值必定在与之间，可用“插法”以求值即=，=1921.123取0.8实际燃烧温度tp=tth=1536.90℃设计中要求最高烧成温度为1700℃，实际计算得出的最高燃烧温度为1536.90℃，比设计中的最高烧成温度低，可以通过预热空气温度来达到提高实际烧成温度的目标。3.2烧嘴的选型及布置设计计算现代的梭式窑基本上采用先进的高速调温烧嘴，或者更新型、节能的脉冲（高速调温）烧嘴。这次设计的梭式窑采用性能优良的高速调温烧嘴。高速调温烧嘴属无焰烧嘴，它是指燃气和空气在烧嘴“完全”进行燃烧，再与二次空气（调温空气）混合来调节所喷出的气体温度。使用高速调温烧嘴，燃烧效率高，燃烧室的体积小，燃烧室的容积能力强度非常高，最高可达2.1×108W/m3，且窑温度均匀，这样有利于消除窑的过热部位，减小窑体的蓄热损失和散热损失。同时在窑，温度均匀气流的强烈循环与搅拌作用又强化了烟气对制品的传热，这样既可以实现安全快速的加热，又可以降低烟气排除的温度，使窑炉的燃料消耗量下降。调温方便，而且高温烟气