剛玉制品高溫梭式窯設(shè)計解讀

1、19M1650 C剛玉制品高溫梭式窯設(shè)計班 級：材料科學(xué)1101姓 名：指導(dǎo)教師：徐長海設(shè)計總說明梭式窯，或稱抽屜窯，也叫車底式窯或活底式窯，是從傳統(tǒng)的倒焰窯演 變而來，故而屬于“間歇式”或“半連續(xù)式”窯型。隨著國內(nèi)陶瓷工業(yè)燃料結(jié) 構(gòu)由煤、油向煤氣、液化石油氣的過渡，梭式窯已被廣泛地用于陶瓷、耐火材料 以及建筑材料等行業(yè)。本文是對19mi 1650 C氧化鋁制品高溫梭式窯的設(shè)計，主 要包括窯墻與窯頂尺寸的設(shè)計和燃燒計算與燃燒設(shè)備的選擇 ，等等。本文中梭式 窯選用重油燃料。關(guān)鍵詞：梭式窯，重油，高溫，剛玉制品319m ,1650 C Corundum Products HighTemperatu

2、re Shuttle Kil n Desig nDesign DescriptionThe shuttle kiln is also called drawer kiln, or by the name of the kiln underneath the car or the kiln live upstairs, which is evolved from the traditionaldown draft kiln. so this kind of kiln belongs to intermittent or semi-continuous第1頁共15頁kiln type. The d

3、omestic ceramic in dustry fuel structure has experie need the cha nge from coal and oil to coal gas, oil, liquefied petroleum gas, the shuttle kiln has been widely used in ceramics, refractory materials and building materials industries under3this tran sformati on circumsta nee. This thesis describe

4、s the desig n of 19m 1650C high-temperature shuttle kiln which can fabricate corundun products. It mainly includes the dimension design of kiln wall and kiln crown, the calculation of combustion and the choice of combustion equipment, etc. The shuttle kiln using heavy oil as fuel in this article.Key

5、 words: shuttle kil n, heavy oil, high temperature,coru ndun products1. 設(shè)計要求42. 窯爐主要尺寸設(shè)計 43. 窯爐砌筑體63.1砌筑體材質(zhì)的選擇 63.1.1 窯墻63.1.3 窯車73.2砌筑體尺寸的確定73.2.1窯墻尺寸的計算83.2.2窯頂尺寸的計算83.3膨脹縫94. 燃燒計算及燃燒設(shè)備的選擇104.1燃料燃燒計算 104.2實(shí)際燃燒煙氣組成及實(shí)際燃燒溫度114.3燒嘴的數(shù)量、選型以及布置 13致謝14參考文獻(xiàn)151. 設(shè)計要求1. 窯爐種類：剛玉制品高溫梭式窯2. 窯內(nèi)有效容積：19m3. 最高燒成溫度：1

6、650r4. 每窯要求生產(chǎn)成品：5-150噸/窯5. 成品率：95%6. 裝窯密度：1.2噸/立方米7. 窯容積系數(shù)：0.98. 燃料種類及組成：重油表1.重油組成成分CyH yOySyWyA含量（%85.511.50.50.52.0-9. 空氣過系數(shù)a =1.11.1510. 燃料消耗量：160kg/h11. 當(dāng)?shù)貧庀髼l件：夏季平均溫度 27C，年平均大氣壓力96000Pa2. 窯爐主要尺寸設(shè)計窯體的主要尺寸主要依據(jù)被煅燒制品的產(chǎn)量要求，產(chǎn)品性能、燒嘴噴射能 力、溫度分布均勻性等各方面因素綜合確定。（1）梭式窯內(nèi)高為窯車臺面至窯頂?shù)目臻g高度。根據(jù)材料所能允許的堆垛 高度來確定窯的內(nèi)高。如鎂磚

7、由于其荷重軟化溫度和他的燒成溫度接近，磚跺 高度不宜太高，故其窯內(nèi)高通常在 1米左右；而硅磚由于其荷重軟化溫度高,課程設(shè)計(論文)用紙其窯內(nèi)高通常在1.9 2.1米；現(xiàn)有粘土磚和高鋁磚窯內(nèi)高分別為1.5 1.9米 和1.1 1.5米。磚跺上下所允許的溫差也是考慮窯內(nèi)咼時應(yīng)注意的影響因素之 一。窯高增加，上下溫差加大，容易造成燒成質(zhì)量不均勻。本梭式窯的內(nèi)高設(shè) 計為1400mm(2) 梭式窯的內(nèi)寬為窯內(nèi)兩側(cè)窯墻之間的距離。窯的內(nèi)寬與窯的產(chǎn)量和允 許的溫差有關(guān)。產(chǎn)量隨窯寬的增加而增大，太寬則中心溫度偏低?，F(xiàn)代梭式窯 多采用扁寬型斷面設(shè)計，窯的寬高比一般為 2,其中B為窯的內(nèi)寬，H為窯H的內(nèi)高。本梭式

8、窯的內(nèi)寬設(shè)計為 2784mm(3) 拱中心角的選擇。梭式窯的窯頂有拱頂和吊頂兩種類型。耐火材料梭式窯，燒成溫度高，多為拱頂窯。拱頂采用楔形磚砌筑，拱中心角的選擇很重 要，拱中心角太小，拱磚受力太大，在使用過程中還會產(chǎn)生下沉現(xiàn)象；反之若 拱中心角大，拱半徑小，當(dāng)受熱時，拱磚膨脹，拱會被擠起而產(chǎn)生開裂現(xiàn)象， 同時拱過高，拱頂制品之間孔隙加大，增加上下溫差。拱中心角一般在60180。之間，其中60的拱中心角采用較多。本梭式窯的拱中心角采用60，其半徑為2784mm矢高為373mm(4) 當(dāng)梭式窯的內(nèi)高、內(nèi)寬確定以后，就可以計算出梭式窯的橫截面積，而后再確定出梭式窯的總長度L: L=VF式中：v窯容積

9、，m?？捎裳b窯密度、產(chǎn)量要求及窯容積利用系數(shù)求出；f窯橫截面積，m。可由窯矩形及弓形面積之和求出。B 23求得：f= +B ( H-h) -B2=3.560m2， L=V/L=15 -3.158=5.340m64轡 和幺盤建觸也乂脅 課程設(shè)計(論文)用紙3. 窯爐砌筑體3.1砌筑體材質(zhì)的選擇選擇砌筑體材質(zhì)時充分考慮了砌筑體所處的工作條件，其中包括：(1) 工作溫度：該窯爐因用于剛玉制品，最高燒成溫度為1650C。(2) 溫度應(yīng)力：承受溫度應(yīng)力較大的部位，選擇穩(wěn)定性好的材料。(3) 承重荷載：承受荷重大的部位選擇了強(qiáng)度大的磚。輕質(zhì)磚和硅藻土磚 不能用于砌筑承重拱頂或拱角磚，也不能用于砌筑同鋼結(jié)構(gòu)

10、立柱相接觸的窯垟。 在溫度下承重還考慮了材料的荷重軟化點(diǎn)。(4) 化學(xué)侵蝕：不同種類的耐火制品砌筑接觸時，考慮了它們之間的反應(yīng)； 對于整個窯體來說，還要防止由于局部砌體過早損壞而導(dǎo)致停產(chǎn)。3.1.1窯墻窯墻要有一定強(qiáng)度才能承受荷重、支持窯頂；要耐高溫；要能保溫，以維 持窯內(nèi)煅燒溫度，減少散熱損失，降低環(huán)境溫度。本梭式窯的窯墻由內(nèi)向外分 別采用了剛玉磚(98%、泡沫氧化鋁磚、粘土磚砌筑。3.1.2窯頂窯頂除要有一定強(qiáng)度、耐熱、保溫性能好壞，還要不漏氣、重量輕，推力 小等要求。當(dāng)拱頂選用粉料保溫時，為了防止粉料在拱頂膨脹時掉到拱磚縫內(nèi)，停窯 時拱磚不能復(fù)原，以及為使窯頂嚴(yán)密可在拱頂上鋪一層磚， 其

11、上抹20毫米厚粘 土熟料泥漿，窯頂表面平鋪一層紅磚以便行走。本梭式窯的窯頂采用剛玉磚(98%、泡沫氧化鋁磚砌筑，用高爐礦渣填充。課程設(shè)計（論文）用紙3.1.3窯車窯車襯磚是梭式窯的活動窯底，它是用來保護(hù)金屬窯車和裝載制品燒成的, 它每經(jīng)過窯內(nèi)一次，既被加熱又被冷卻，經(jīng)受周期性的溫度變化，同時還要在 窯車襯磚面上進(jìn)行經(jīng)常性的裝卸工作，因此窯車襯磚較易松動和損壞，嚴(yán)重時 阻礙窯車在窯內(nèi)正常運(yùn)行。剛玉磚（98%、泡沫氧化鋁磚、粘土磚、紅磚、高爐礦渣的最高使用溫度、 體積密度及相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)如表 2:表2.耐火材料、建筑材料及絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)剛玉磚（98%）泡沫氧化鋁磚紅磚高爐爐渣粘土磚最高使用溫

12、度（C）17001800150060060013001400體積密度（kg /m3）300038048019002300500550導(dǎo)熱系數(shù)W/（m ：C）2.900.58 10-3t0.250.71.20.093+0.29-3 1 X10 t0.698+0.64:-310 t3.2砌筑體尺寸的確定根據(jù)公式q=-（t內(nèi)-1外）來確定各種材料的厚度。由此公式可以堆出：=q（t內(nèi)-1外）321窯墻尺寸的計算對于本窯爐，窯內(nèi)最高溫度為1650C，保溫層的溫度為530C，窯墻的外 表面溫度取100120C，空氣溫度取20E。查表得：散熱表面的溫度120C時, 散熱表面垂直（窯墻）時的散熱量為 1380

13、千卡/米2時，散熱表面向上（窯 頂）時的散熱量為1600千卡/米2 時。窯墻散熱量：qi=1380X 103 X 4.184 - 3600=1604J/mi s剛玉磚（98% :入 1=2.90 - 0.58 X 10-3X （1650+1500） -2=1.9865 W/（mC）（t內(nèi)-1外）=1.9865 - 1604X （1650-1500）=0.186mq1查表后取232mm;驗(yàn)算：代入=232mm得T實(shí)1 =1462.6 C,相對誤差為2.5%4%泡沫氧化鋁磚：入2=0.25 W/（m C ）2 二工（t內(nèi)-t外）=0.25 - 1604X （1500-500）=0.155mq1查表

14、后取232mm;驗(yàn)算：代入d=232mm得T實(shí)2=384C，相對誤差為3.5%4%3粘土磚：入 3=0.698+0.64 X 10- X （500+120） - 2=0.8964 W/（m C ）（t內(nèi)-t外）=0.8964 - 1604X （500 120）=0.212mq1查表后取232mm;驗(yàn)算：代入63 =232mm得T實(shí)3=120.6 C,相對誤差為0.5%4%3.2.2窯頂尺寸的計算窯頂散熱量：q2=1600X 103 X 4.184 - 3600=1860J/mi s3剛玉磚(98%：入 4=2.90 - 0.58 X 10- X (1650+1450) - 2=2.001 W/

15、(m-C )二丄(t內(nèi)-t外)=2.001 - 1860X (1650-1450)=0.215m q2查表后取232mm;驗(yàn)算：代入 d=232mm得T實(shí)4=1434C，相對誤差為1.07%4%泡沫氧化鋁磚：入5=0.25 W/(m C )二二(t 內(nèi)-t 外)=0.25 - 1860X (1450 600)=0.114m q2查表后取116mm;驗(yàn)算：代入Q=116mm得T實(shí)5=586.9 C,相對誤差2.17% =VaX 79%X - X 100%V1=11.74 X 79%X 1 X 100%=74.7%12.413(2) 實(shí)際燃燒溫度溫度液體油的發(fā)熱量：Qet=32793Gr+9832

16、0Hr 9100(Q 2450=32793X 0.855+98320 X 0.115+9100 9100(0.005 0.005) 2450X 0.02課程設(shè)計（論文）用紙=39295.815 kJ /kg燃燒所需空氣量：Va=11.74NmV kg 實(shí)際煙氣量：V=12.413 Nm3/ kg發(fā)生燃燒時重油溫度tf與空氣溫度ta均為27 T，其中空氣在027C的平均比熱容為1.296 kJ/Nm3. C ,重油在027C的平均比熱容為1.36 kJ/Nm3. C。理論燃燒溫度:t 卅=Qnet Cftf VaCataVc=(39295.815+1.36 X 27 +11.74 X 1.296

17、 X 27) / 12.413c即 12.413ct th=39743.341設(shè)tth =1900C ,查表知重油燃燒產(chǎn)物的平均比容物C =1.66kJ/Nm3. C,則 Q =12.413 X 1.66 X 1900=39150.602v 39743.341設(shè) 仏=2000C ,查表知重油燃燒產(chǎn)物的平均比容物C=1.67kJ/Nm C,則 Q =12.413 X 1.67 X 2000=41459.42039743.341此時，tth的值必在tth 與tth之間，可用內(nèi)插法以求tth值，即：tth tth = Q Qtth - tth =Q Q2000 tth =41459.420 3978

18、4.823 解得 tth=1925.67 C2000190041459.420 39150.602實(shí)際燃燒溫度tp=n tth，設(shè)取高溫系數(shù)n =0.75 （陶瓷倒焰窯）需對空氣進(jìn)行預(yù)熱，（利用余熱）：設(shè)預(yù)熱到 600C，則由 t th= Qnet Cftf VaCata，得 Ca =1.3837 kJ/NmT CVc（600 C）得到，tth= 49120.812.413c設(shè) t；h=2200C， Q=12.413 X 1.69 X 2200=46151.53449120.8此時，tth的值必在tth 與tth之間，可用內(nèi)插法以求tth值，即:解得 tth=2323.94 C2400岳=50

19、942.952 49120.82400-2200 50942.952 -46151.534實(shí)際燃燒溫度tp=n tth，設(shè)取高溫系數(shù)n =0.75 （陶瓷倒焰窯） t p=0.75 X 2323.94=1743 C 1700C，滿足要求4.3燒嘴的數(shù)量、選型以及布置本窯采用2對北京神霧公司的WDH-TC（型燒嘴該燒嘴技術(shù)性能如下：表3.燒嘴各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)熱負(fù)荷燃?xì)庵伎諝饬髁空{(diào)節(jié)比例火焰長度爐膛溫度流量壓力流量溫度壓力42 X 102.41000Pa24常溫1500 1: 62001800Kcal/hBmVh0.2MPaBni/h550 C3500Pa3000布置在窯墻兩側(cè)，在同一水平面上交錯布置，每只還配置了自力式燃?xì)庖?空氣比例調(diào)節(jié)器以及分散單元式小型換熱器。高速凋溫?zé)爝x擇重油和預(yù)熱空 氣預(yù)混無焰完全燃燒后再混入調(diào)溫風(fēng)的技術(shù)路線，并采用阻力小、穩(wěn)定范圍大 的燃燒器凹槽火焰穩(wěn)定裝置。由于高速焰氣帶動窯內(nèi)氣體在窯內(nèi)循環(huán)流動，起 著強(qiáng)烈的攪拌作用，使窯內(nèi)溫度和氣氛均勻，可實(shí)現(xiàn)快速、均勻的升溫；噴出 焰氣的溫度可在6001800C內(nèi)自