楊洋：15,1700C,氧化鋁高溫梭式窯設(shè)計(jì).doc

15M3、1700氧化鋁制品高溫梭式窯設(shè)計(jì)班級(jí):材料科學(xué)0904姓名：楊洋指導(dǎo)教師：馬林摘要 隨著高技術(shù)陶瓷和優(yōu)質(zhì)耐火材料的迅速發(fā)展,國(guó)內(nèi)高溫?zé)杉夹g(shù)亦得到了相應(yīng)的發(fā)展。因而問世一些新型的高溫窯爐。梭式窯便是其中最具代表性的窯爐。梭式窯又稱抽屜窯, 是近代改進(jìn)的一種間歇式窯爐, 其特點(diǎn)是投資小、周轉(zhuǎn)快、勞動(dòng)條件好, 熱工制度靈活, 適合多品種、小批量生產(chǎn)。隨著國(guó)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, 已被廣泛地用于陶瓷、耐火材料以及建筑材料等行業(yè)。在滿足產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力的同時(shí)，應(yīng)盡可能的通過溫度、氣氛容易調(diào)節(jié)，提高燒成質(zhì)量，縮小窯內(nèi)的溫差，實(shí)現(xiàn)快速燒成，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約燃料，降低成本。 關(guān)鍵詞：梭式窯，重油，高溫，氧化鋁制品 SummaryWith the rapid development of high-tech ceramics and high-quality refractories, the domestic high-temperature sintering technology has also been a corresponding development. Thus the advent of new high-temperature furnace. The shuttle kiln is one of the most representative of the furnace. Shuttle kiln, also known as the Kiln is the modern improvements of a batch furnace, which is characterized by small investment, quick turnaround, good working conditions, flexible thermal system suitable for many varieties, small batch production. With the transition of the domestic ceramic industry fuel mix from coal, oil, gas, liquefied petroleum gas, has been widely used in the ceramic, refractory and building materials industries. Meet the product quality and production capacity at the same time, as far as possible by means of temperature, the atmosphere is easy to adjust and improve the firing quality, narrowing the difference in temperature of the kiln for rapid firing, improve production efficiency, save fuel and reduce costs.Keyword：Shuttle kiln. Heavy oil. High temperature. Alumina products目錄前言31.設(shè)計(jì)要求32.窯爐主要尺寸設(shè)計(jì)43.窯爐砌筑體53.1砌筑體材質(zhì)的選擇53.1.1窯墻53.1.2窯頂53.1.3 窯車63.2砌筑體尺寸的確定73.2.1窯墻尺寸的計(jì)算73.2.2窯頂尺寸的計(jì)算83.3膨脹縫84.燃燒計(jì)算及燃燒設(shè)備的選擇94.1燃料燃燒計(jì)算94.2實(shí)際燃燒煙氣組成及實(shí)際燃燒溫度溫度104.3燒嘴的數(shù)量、選型以及布置13參考文獻(xiàn)14致謝：14前言梭式窯（Shuttle kiln,也稱：往復(fù)窯，或稱：臺(tái)車式窯）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。自80年代來，我國(guó)引進(jìn)不少梭式窯，也在借鑒的基礎(chǔ)上，自行研制開發(fā)不少梭式窯，梭式窯在我國(guó)投入使用以來，因其具有升、降溫速度快、操作靈活方便，便于維修等特點(diǎn)，近年來在冶金、化工、陶瓷、無機(jī)材料等領(lǐng)域得到廣泛使用。本文中梭式窯選用重油燃料，主要敘述了梭式窯梭式窯主體的設(shè)計(jì)、窯體的主要尺寸計(jì)算、燃料燃燒的計(jì)算等。 1.設(shè)計(jì)要求1.窯爐種類：氧化鋁制品高溫梭式窯2.窯內(nèi)有效容積：15m33.最高燒成溫度：17004.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CarOarHarWarSar含量（%）85.50.511.52.00.59.空氣過系數(shù)=1.11.1510.燃料消耗量：160kg/h11.當(dāng)?shù)貧庀髼l件：夏季平均溫度27，年平均大氣壓力96000Pa2.窯爐主要尺寸設(shè)計(jì)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(tái)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，姑其窯內(nèi)高通常在1米左右；而硅磚由于其荷重軟化溫度高，其窯內(nèi)高通常在1.92.1米；現(xiàn)有粘土磚和高鋁磚窯內(nèi)高分別為1.51.9米和1.11.5米。磚跺上下所允許的溫差也是考慮窯內(nèi)高時(shí)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(jì)為1300mm。(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(jì)，窯的寬高比一般為2，其中B為窯的內(nèi)寬，H為窯的內(nèi)高。本梭式窯的內(nèi)寬設(shè)計(jì)為2668mm。(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(huì)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(shí)，拱磚膨脹，拱會(huì)被擠起而產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，同時(shí)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2668mm，矢高為358mm。(4) 當(dāng)梭式窯的內(nèi)高、內(nèi)寬確定以后，就可以計(jì)算出梭式窯的橫截面積，而后再確定出梭式窯的總長(zhǎng)度L：L=式中：V窯容積，m3?？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，m2?？捎筛G矩形及弓形面積之和求出。求得：F= =3.158 m2， L=4.750m3.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(shí)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1700。(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)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) 機(jī)械損傷：如煅燒原料的豎窯和回轉(zhuǎn)窯都要考慮受料的沖擊和磨損。 (5) 化學(xué)侵蝕：不同種類的耐火制品砌筑接觸時(shí)，考慮了它們之間的反應(yīng)；對(duì)于整個(gè)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%）、輕質(zhì)高鋁磚、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(shí)，為了防止粉料在拱頂膨脹時(shí)掉到拱磚縫內(nèi)，停窯時(shí)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，其上抹10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%）、輕質(zhì)高鋁磚砌筑，用高爐礦渣填充。3.1.3 窯車窯車襯磚是梭式窯的活動(dòng)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(shí)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(dòng)和損壞，嚴(yán)重時(shí)阻礙窯車在窯內(nèi)正常運(yùn)行。剛玉磚（98%）、輕質(zhì)高鋁磚、粘土磚、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%）輕質(zhì)高鋁磚粘土磚高爐礦渣最高使用溫度（）170018001300140013001400700體積密度（kg /m3）3000750導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)2.900.5810-3t0.175+0.26810-3t0.698+0.6410-3t0.531.23.2砌筑體尺寸的確定根據(jù)公式q=（-）來確定各種材料的厚度。由此公式可以堆出：（-）3.2.1窯墻尺寸的計(jì)算對(duì)于本窯爐，窯內(nèi)最高溫度為1700，保溫層的溫度為530，窯墻的外表面溫度取120，空氣溫度取20。查表得：散熱表面的溫度120時(shí)，散熱表面垂直（窯墻）時(shí)的散熱量為1380千卡/ 米2時(shí)，散熱表面向上（窯頂）時(shí)的散熱量為1600千卡/ 米2時(shí)。窯墻散熱量：q1=13801034.1843600=1604J/m2s剛玉磚（98%）:1=2.900.5810-3(1700+1350)2=2.0155 W/(m)（-）= =0.440m查表后取464mm; 驗(yàn)算：代入=464mm，得，相對(duì)誤差為1.43%4%輕質(zhì)高鋁磚：2=0.175+0.26810-3(1350+550)2=0.430 W/(m)（-）=0.214m查表后取232mm;驗(yàn)算：代入=232mm，得，相對(duì)誤差為0.36%4%粘土磚：3=0.698+0.64103(550120)2=0.912W/(m)（-）(550120)=0.244m查表后取348mm；驗(yàn)算：代入=348mm，得，相對(duì)誤差為0.83%4%。3.2.2窯頂尺寸的計(jì)算窯頂散熱量：q2=16001034.1843600=1860J/m2s剛玉磚（98%）：4=2.900.5810-3(1700+1450)2=1.99 W/(m)（-）(1700-1450)=0.267m查表后取272mm;驗(yàn)算：代入=272mm，得，相對(duì)誤差為0.28%4%輕質(zhì)高鋁磚：5=0.175+0.26810-3(1450+600)2=0.4497 W/(m)（-）(1450600)=0.193m查表后取204mm;驗(yàn)算：代入=204mm，得，相對(duì)誤差為1%4%高爐礦渣：6=0.53 W/(m)（-）(650-120)=0.151m取152mm；驗(yàn)算：代入=152mm，得，相對(duì)誤差為2.56%4%3.3膨脹縫幾種常用的耐火材料每米砌體的膨脹縫按下列尺寸留設(shè)。耐火粘土磚和輕質(zhì)粘土磚砌體56mm/m硅磚砌體 12mm/m鎂磚砌體 1012mm/m高鋁磚砌體 68mm/m由于上述所用的材料的工作溫度都大于800，都應(yīng)設(shè)膨脹縫，且膨脹縫的位置應(yīng)避開受力部位和骨架，并應(yīng)按間距2米左右均布。窯墻膨脹縫的內(nèi)層與外層之間留成鋸齒形，上下層之間留成鎖口形式以保證密封。窯頂膨脹縫，單層拱頂留直縫，為保證密封應(yīng)在拱頂壓一層磚；多層拱頂膨脹縫應(yīng)錯(cuò)開，最上一層應(yīng)拱頂也應(yīng)壓一層磚保證密封。硅磚拱頂除長(zhǎng)向留置膨脹縫以外，拱磚之間每隔35磚夾23毫米油氈紙。如圖1： 圖14.燃燒計(jì)算及燃燒設(shè)備的選擇4.1燃料燃燒計(jì)算窯爐使用的重油組成如表1，空氣過剩系數(shù)=1.1。(1) 每1 kg重油燃燒所需要的空氣量理論空氣量為：V= V=(+)22.4= (+) 22.4=10.67Nm3 / kg實(shí)際空氣量為：Va=V =1.110.67=11.74 Nm3 / kg(2) 1 kg重油燃燒生成煙氣量理論生成煙氣量為：V0=+=(+) 22.4+V=(+)22.4+10.67=11.342Nm3 /kg實(shí)際生成煙氣量為：V= V0 +(1)V=11.342+(1.11)10.68=12.410 Nm3 /kg4.2實(shí)際燃燒煙氣組成及實(shí)際燃燒溫度溫度（1）煙氣組成：CO2=22.4100%=22.4100%=12.86%SO2 =22.4100%=22.4100%=0.028%H2O=(+)22.4100%=（+）22.4100%=10.58%O2 =(1) V 21%100%=(1.11) 10.6721%100%=1.81%N2 = Va79%100%= 11.7479%100%=74.73% （2）實(shí)際燃燒溫度溫度液體油的發(fā)熱量:Qnet=32793Car+98320Har9100(OarSar)2450 War=327930.855+983200.1159100(0.0050.005)24500.02=392950815kJ /kg 燃燒所需空氣量：Va=11.74Nm3/ kg實(shí)際煙氣量：V=12.407Nm3/ kg發(fā)生燃燒時(shí)重油溫度tf與空氣溫度ta均為27，其中空氣在027的平均比熱容為1.296 kJ/Nm3. ,重油在027的平均比熱容為1.36 kJ/Nm3. 。理論燃燒溫度：tth= 即12.410ctth=39784.641設(shè)tth=1900,查表知重油燃燒產(chǎn)物的平均比容物C=1.66 kJ/Nm3. ，則Q=12.4101.661900=39141.14039784.641設(shè)tth=2000，C=1.67kJ/Nm3. ，則Q=12.4101.672000=41449.40039784.641此時(shí)，tth的值必在tth與tth之間，可用內(nèi)插法以求tth值，即：= 解得tth=1927.88實(shí)際燃燒溫度tp=tth，設(shè)取高溫系數(shù)=0.75（陶瓷倒焰窯）tp=0.751928=1445.601700需對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱，（利用余熱）：設(shè)預(yù)熱到600，則由tth=，查書得（姜金寧硅酸鹽工業(yè)熱工過程及設(shè)備P304）=1.3837 kJ/Nm3. （600）tth= 得到，tth=設(shè)=2200，C=1069=12.4131.692200=46140.38049961.0此時(shí)，tth的值必在tth與tth之間，可用內(nèi)插法以求tth值，即： = 解得tth=2359.52實(shí)際燃燒溫度tp=tth，設(shè)取高溫系數(shù)=0.75（陶瓷倒焰窯）tp=0.752359.52=1769.641700，滿足要求4.3燒嘴的數(shù)量、選型以及布置本窯采用2對(duì)北京神霧公司的WDH-TCC2型燒嘴該燒嘴技術(shù)性能如下：熱負(fù)荷燃?xì)庵伎諝饬髁空{(diào)節(jié)比例火焰長(zhǎng)度爐膛溫度流量壓力流量溫度壓力2104Kcal/h2.4Bm3/h1000Pa0.2MPa24Bm3/h常溫5