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1、17M3、1700氧化铝制品高温梭式窑设计班级:材料科学0904姓名：米阳指导教师：陈晋摘要：梭式窑（Shuttle Kiln)也称往复窑，或称：台车式窑，还称为：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。本文是对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。关键词：氧化铝，梭式窑，设计，窑墙，窑顶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目录前言31.设计要求32.窑炉主要尺寸设计43.窑炉砌筑体53.1砌筑体材质的选择53.1.1窑墙53.1.2窑顶63.1.3 窑车63.2砌筑体尺寸的确定73.2.1窑墙尺寸的计算73.2.2窑顶尺寸的计算83.3膨胀缝94.燃烧计算及燃烧设备的选择104.1燃料燃烧计算104.2实际燃烧烟气组成及实际燃烧温度温度1
4、14.3烧嘴的数量、选型以及布置13参考文献14致谢14前言自80年代来，我国引进了不少梭式窑。目前大规模生产所使用的窑炉是隧道窑或更为先进的辊道窑，但是由于梭式窑所生产制品的适应性较强，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，使其满足市场多样化的要求。梭式窑能够非常方便地改变其烧成曲线，因此它还被很多科研单位所采用，目地是用来进行一些新产品的小试、中试。随着保温效果极佳且耐高温的轻质保温耐火砖和耐火纤维的出现，使得梭式窑的烧成热耗大为降低，于是出现了高效节能型梭式窑。所以，梭式窑至今仍有着强大的生命力。为了更深刻的了解梭式窑，对梭式窑进行了简
5、单的设计。1.设计要求1.窑炉种类：氧化铝制品高温梭式窑2.窑内有效容积：17m33.最高烧成温度：17004.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CarOarHarWarSarAar含量（%）85.50.511.52.00.5- 9.空气过剩系数=1.11.1510.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
6、) 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，姑其窑内高通常在1米左右；而硅砖由于其荷重软化温度高，其窑内高通常在1.92.1米；现有粘土砖和高铝砖窑内高分别为1.51.9米和1.11.5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1100mm。(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
7、一般为2，其中B为窑的内宽，H为窑的内高。本梭式窑的内宽设计为2204mm。(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60180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2204mm，矢高为293mm。(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
8、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= =2.20422.204(1.10.293)2.2042 =2.219 m2 L=7.661m3.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1700。(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
9、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%）、轻质粘土砖、红砖砌筑。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
10、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%）、轻质粘土砖砌筑，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%）、轻质高铝砖、粘土砖、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%）轻质高铝砖红砖高炉矿渣最高使用温度（）1700180013001400600 700体积密度（kg /m3）
11、3000 130019002300导热系数W/(m)2.900.5810-3t0.407+0.3510-3t0.71.20.531.23.2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1700，假设窑墙的外表面温度为120，空气温度为20。查表附录3得：散热表面的温度120时，散热表面垂直（窑墙）时的散热量为1390千卡/ 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=13901034.1863600=1616.3J/m2s假设为稳定传热，则；刚玉砖（98%）:假设,-3-
12、3W/(m)（-）= (17001330)=0.463m查表附录5，取=464mm; 验算：代入=464mm，即：1616.3=）得=1329，相对误差为轻质粘土砖：假设,10-3 -3W/(m)查表附录5，取；验算：代入即：得,相对误差为2.88%4%红砖：，假设W/(m)，则查表附录5，取，验算：代入，得,相对误差为3.2.2窑顶尺寸的计算查图附录4得窑顶散热量：；刚玉砖（98%）：假设，则-3W/(m)查附录5，取，验算：代入，得，相对误差为轻质粘土砖：假设，则-3 W/(m)查附录5，取，验算：代入，得，相对误差为高炉矿渣：，W/(m)查附录5，取，验算：代入，得，相对误差为3.3膨胀
13、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56mm/m硅砖砌体 12mm/m镁砖砌体 1012mm/m高铝砖砌体 68mm/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=1.1。(1) 每1 kg重油燃烧所
14、需要的空气量理论空气量为： 实际空气量为：Nm3 /kg(2) 1 kg重油燃烧生成烟气量理论生成烟气量为：=11.342Nm3 /kg实际生成烟气量为：Nm3 /kg4.2实际燃烧烟气组成及实际燃烧温度温度（1）烟气组成：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）实际燃烧温度温度液体油的发热量: =
15、327930.855+983200.1159100(0.0050.005)24500.02 =39449.715 kJ /kg 燃烧所需空气量：Va=11.95Nm3/ kg实际烟气量：V=12.622 Nm3/ 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027的平均比热容为1.296 kJ/Nm3. ,重油在027的平均比热容为1.36 kJ/Nm3. 。理论燃烧温度：= 即12.622ctth=39904.589设tth=1800,查材料工程基础表6.16知重油燃烧产物的平均比热容 C=1.65kJ/Nm3. ，则Q=12.6221.651800=37287.343990
16、4.589设tth=2000，同样查表6.16得C=1.67kJ/Nm3. ，则Q=12.6221.672000=42157.4839904.589此时，tth的值必在tth与tth之间，可用内插法以求tth值，即：= 得 tth=1903.52实际燃烧温度设取高温系数=0.74tp=0.741903.52=1408.601700，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：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2104Kcal/h2.4Bm3/h1000Pa0.2MPa24Bm3/h常温55015003
17、500Pa1：620030001800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烧后再混入调温风的技术路线，并采用阻力小、稳定范围大的燃烧器凹槽火焰稳定装置。由于高速焰气带动窑内气体在窑内循环流动，起着强烈的搅拌作用，使窑内温度和气氛均匀，可实现快速、均匀的升温；喷出焰气的温度可在6001800内自由调节，容易实现窑内温度的精细调节，满足苛刻的工艺要求；克服了一般预混式烧嘴易回火爆燃的缺点；提高了燃烧装置的安全性，并能够使用高达600的预热空气助燃。参考文献1热工课程设计指导书2胡国林，建陶
18、工业辊道窑.中国建材工业出版社.1998.6 3徐德龙，谢峻林.材料科学与工程.武汉：武汉理工大学出版社，20084姜洪舟.无机非金属材料热工设备（第二版 ）.武汉：武汉理工大学出版社，20054姜金宁.硅酸盐工业热工过程及设备(第二版). 冶金工业出版社，19945PAUL Chapman. Computational Fluid Dynamics for Effect Combustor Design and ModificationJ .Industrial Heating, 1997( 11):43- 486孙晋涛. 硅酸盐工业热工基础M . 武汉: 武汉工业大学出版社, 19997陈军等主编.新能源材料.北京：化学工业出版社，20048林宗寿主编.无机非金属材料工学（第三版）.武汉：武汉理工大学出版社，2008.致谢：本次课程设计使我对梭式窑的构造有了更深层次的了解，增强了我的实践操作和动手应用能力，更使我学会了用CAD制图，并且熟练掌握了CAD制图方法。在本次课程设计过程中, 陈晋老师、马林老师、马爱琼老师给予了我极大的帮助。各位老师的精心指导使我受益匪浅，在此，对各位指导老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。祝各位老师工作顺利。 第 页