M、℃氧化鋁制品高溫梭式窯設(shè)計(jì)

1、17M3、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：米陽(yáng)指導(dǎo)教師：陳晉摘要：梭式窯（Shuttle Kiln)也稱往復(fù)窯，或稱：臺(tái)車式窯，還稱為：車底式窯或活底式窯，是從傳統(tǒng)的倒焰窯演變而來(lái)，故而屬于“間歇式”或“半連續(xù)式”窯型。本文是對(duì)氧化鋁制品高溫梭式窯的設(shè)計(jì)，主要包括窯墻與窯頂尺寸的設(shè)計(jì)和燃燒計(jì)算與燃燒設(shè)備的選擇。關(guān)鍵詞：氧化鋁，梭式窯，設(shè)計(jì)，窯墻，窯頂Abstract: The spindle type Kiln (Shuttle Kiln) also called reciprocating Kiln, or say: a pallet car Kiln, also

2、 known as: underneath the car type Kiln or live bottom type Kiln, from the traditional pour flame Kiln evolved, so belong to intermittent or half the continuous types of Kiln. This paper is to alumina products the high-temperature shuttle kiln of design, including the kiln wall and the size of the k

3、iln crown design and burning calculation and combustion equipment choice.Keywords: Alumina, Spindle type kiln,Design, Kiln wall, Kiln crown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63.1.3 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94.燃燒計(jì)算及燃燒設(shè)備的選擇104.1燃料燃燒計(jì)算104.2實(shí)際燃燒煙氣組成及實(shí)際燃燒溫度溫度1

4、14.3燒嘴的數(shù)量、選型以及布置13參考文獻(xiàn)14致謝14前言自80年代來(lái)，我國(guó)引進(jìn)了不少梭式窯。目前大規(guī)模生產(chǎn)所使用的窯爐是隧道窯或更為先進(jìn)的輥道窯，但是由于梭式窯所生產(chǎn)制品的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以適應(yīng)不同尺寸、不同形狀、不同材質(zhì)制品的燒成，所以它特別適合于小批量、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)，使其滿足市場(chǎng)多樣化的要求。梭式窯能夠非常方便地改變其燒成曲線，因此它還被很多科研單位所采用，目地是用來(lái)進(jìn)行一些新產(chǎn)品的小試、中試。隨著保溫效果極佳且耐高溫的輕質(zhì)保溫耐火磚和耐火纖維的出現(xiàn)，使得梭式窯的燒成熱耗大為降低，于是出現(xiàn)了高效節(jié)能型梭式窯。所以，梭式窯至今仍有著強(qiáng)大的生命力。為了更深刻的了解梭式窯，對(duì)梭式窯進(jìn)行了簡(jiǎn)

5、單的設(shè)計(jì)。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：17m33.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CarOarHarWarSarAar含量（%）85.50.511.52.00.5- 9.空氣過(guò)剩系數(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

6、) 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(lái)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1100mm。(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

7、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2204mm。(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(guò)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(guò)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2204mm，矢高為293mm。(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

8、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。可由窯矩形及弓形面積之和求出。求得：F= =2.20422.204(1.10.293)2.2042 =2.219 m2 L=7.661m3.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

9、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(shí)，考慮了它們之間的反應(yīng)；對(duì)于整個(gè)窯體來(lái)說(shuō)，還要防止由于局部砌體過(guò)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)粘土磚、紅磚砌筑。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20毫米厚粘土熟料泥漿，窯

10、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)粘土磚砌筑，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(lái)保護(hù)金屬窯車和裝載制品燒成的，它每經(jīng)過(guò)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)高鋁磚紅磚高爐礦渣最高使用溫度（）1700180013001400600 700體積密度（kg /m3）

11、3000 130019002300導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)2.900.5810-3t0.407+0.3510-3t0.71.20.531.23.2砌筑體尺寸的確定根據(jù)公式q=（-）來(lái)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，假設(shè)窯墻的外表面溫度為120，空氣溫度為20。查表附錄3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1390千卡/ 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=13901034.1863600=1616.3J/m2s假設(shè)為穩(wěn)定傳熱，則；剛玉磚（98%）:假設(shè),-3-

12、3W/(m)（-）= (17001330)=0.463m查表附錄5，取=464mm; 驗(yàn)算：代入=464mm，即：1616.3=）得=1329，相對(duì)誤差為輕質(zhì)粘土磚：假設(shè),10-3 -3W/(m)查表附錄5，??；驗(yàn)算：代入即：得,相對(duì)誤差為2.88%4%紅磚：，假設(shè)W/(m)，則查表附錄5，取，驗(yàn)算：代入，得,相對(duì)誤差為3.2.2窯頂尺寸的計(jì)算查圖附錄4得窯頂散熱量：；剛玉磚（98%）：假設(shè)，則-3W/(m)查附錄5，取，驗(yàn)算：代入，得，相對(duì)誤差為輕質(zhì)粘土磚：假設(shè)，則-3 W/(m)查附錄5，取，驗(yàn)算：代入，得，相對(duì)誤差為高爐礦渣：，W/(m)查附錄5，取，驗(yàn)算：代入，得，相對(duì)誤差為3.3膨脹

13、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，關(guān)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。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(guò)剩系數(shù)=1.1。(1) 每1 kg重油燃燒所

14、需要的空氣量理論空氣量為： 實(shí)際空氣量為：Nm3 /kg(2) 1 kg重油燃燒生成煙氣量理論生成煙氣量為：=11.342Nm3 /kg實(shí)際生成煙氣量為：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%=12.64%SO2 =22.4100%=22.4100%=0.028%H2O=(+)22.4100%=22.4100%=10.40%O2 =(1) V 21%100%=(1.121) 10.6721%100%=2.13%N2 = Va79%100%=11.9579%100%=74.79% （2）實(shí)際燃燒溫度溫度液體油的發(fā)熱量: =

15、327930.855+983200.1159100(0.0050.005)24500.02 =39449.715 kJ /kg 燃燒所需空氣量：Va=11.95Nm3/ kg實(shí)際煙氣量：V=12.622 Nm3/ 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：= 即12.622ctth=39904.589設(shè)tth=1800,查材料工程基礎(chǔ)表6.16知重油燃燒產(chǎn)物的平均比熱容 C=1.65kJ/Nm3. ，則Q=12.6221.651800=37287.343990

16、4.589設(shè)tth=2000，同樣查表6.16得C=1.67kJ/Nm3. ，則Q=12.6221.672000=42157.4839904.589此時(shí)，tth的值必在tth與tth之間，可用內(nèi)插法以求tth值，即：= 得 tth=1903.52實(shí)際燃燒溫度設(shè)取高溫系數(shù)=0.74tp=0.741903.52=1408.601700，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55015003

17、500Pa1：620030001800布置在窯墻兩側(cè)，在同一水平面上交錯(cuò)布置，每只還配置了自力式燃?xì)饪諝獗壤{(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(wú)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(dòng)窯內(nèi)氣體在窯內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，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6001800內(nèi)自由調(diào)節(jié)，容易實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)溫度的精細(xì)調(diào)節(jié)，滿足苛刻的工藝要求；克服了一般預(yù)混式燒嘴易回火爆燃的缺點(diǎn)；提高了燃燒裝置的安全性，并能夠使用高達(dá)600的預(yù)熱空氣助燃。參考文獻(xiàn)1熱工課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書2胡國(guó)林，建陶工業(yè)輥道窯.中國(guó)建材工業(yè)出版社.1998.6 3徐德龍，謝峻林.材料科學(xué)與工程.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，20084姜洪舟.無(wú)機(jī)非金屬材料熱工設(shè)備（第二版 ）.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，20054姜金寧.硅酸鹽工業(yè)熱工過(guò)程及設(shè)備(第二版). 冶金工業(yè)出版社，19945PAUL Chapman. Computational Fluid Dynamics for Effect Combustor Design and ModificationJ .Industrial Heating, 1997(