卫生陶瓷梭式窑综述.docx
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卫生陶瓷梭式窑综述
23m31300℃烧成卫生陶瓷制品梭式窑设计
班级：
材料0903
姓名：
指导老师：
徐长海
摘要
梭式窑是20世纪60年代发展起来的新型间歇式窑炉,具有烧成制度易于改变、温度均匀、能耗低等优点,越来越受到青睐。
梭式窑的运行状态是影响产品质量和生产效率的重要因素,因此开展这方面的理论与实验研究具有重要的意义和价值。
在满足产品质量和生产能力，尽可能的提高烧成质量，缩小窑内的温差，温度、气氛容易调节；实现快速烧成，缩短烧成周期，提高生产效率，节约燃料，降低成本；改善劳动条件，减轻劳动强度；利于余热利用。
梭式窑采用气体燃料有许多优点，如燃烧过程（包括温度、气氛、火焰、长度等）容易控制；易于实现自动调节；气体燃料本身可以预热，即用低发热量的煤气也可以获取较高的燃烧温度，以适应产品烧成的工艺要求，或利用余热加热煤气，节约燃料。
另外，气体燃料机械杂质少，能适应某些净化要求严格的工业窑炉使用，以实现明焰裸烧。
本文主要介绍了梭式窑煤气燃料燃料的计算、窑体的主要尺寸计算、梭式窑其主体的设计。
关键词：
卫生陶瓷，设计，燃气，计算
23m3shuttlekilndesign
Class:
0903classmaterial
Name:
WangWenhui
Teacher:
XuChanghai
Abstract
Shuttlekilnisnineteensixtiesdevelopedintermittentkiln,havingafiringsystemeasytochange,temperatureuniformity,lowenergyconsumption,moreandmorefavored.Shuttlekilnoperationstateisinfluencingtheproductqualityandtheproductionefficiencyareimportantfactors,therefore,tocarryoutthetheoreticalandexperimentalresearchhasimportantsignificanceandvalue.Tomeettheproductqualityandproductioncapacity,asfaraspossibletoimprovethefiringquality,reducethetemperaturedifferenceinsidethekiln,temperature,atmosphereiseasytoadjust;toachieverapidfiring,shorteningthefiringcycle,improveproductionefficiency,savingfuel,reducingcosts;improveworkingconditions,reducelaborintensity;forwasteheatutilization.Shuttletypekilnbyfuelgashasmanyadvantages,suchasthecombustionprocess（includingtemperature,atmosphere,flame,length）iseasytocontrol;andiseasytorealizeautomaticcontrol;fuelgasitselfcanbepreheated,whichuseslowcalorificvaluegascanobtainhighercombustiontemperature,inordertoadaptproductssinteringprocessrequirements,orutilizationofwasteheatofheatinggas,fuelsaving.Inaddition,thefuelgasmechanicalimpuritiesless,canadapttosomepurificationdemandingindustrialfurnaces,inordertoachieveflamebarefiring.Thispapermainlyintroducestheshuttlekilngasfuelcalculation,kiln,shuttlekilnmaindimensioncalculationofitsmainbodydesign.
Keywords:
sanitaryceramics,design,gas,calculation
前言…………………………………………………………………………………3
1.设计要求…………………………………………………………………………3
2.窑炉主要尺寸设计………………………………………………………………3
3.窑炉砌筑体………………………………………………………………………4
3.1砌筑体材质的选择……………………………………………………………4
3.1.1窑墙……………………………………………………………………………5
3.1.2窑顶……………………………………………………………………………5
3.2砌筑体尺寸的确定………………………………………………………………5
3.2.1窑墙尺寸的计算………………………………………………………………5
3.2.1窑墙尺寸的计算………………………………………………………………5
3.2.2窑顶尺寸的计算………………………………………………………………6
3.3膨胀缝……………………………………………………………………………6
4.燃烧计算及燃烧设备的选择……………………………………………………7
4.1燃料燃烧计算……………………………………………………………………7
4.2实际燃烧温度温度………………………………………………………………8
4.3烧嘴的数量、选型以及布置……………………………………………………9
主要参考文献………………………………………………………………………10
前言
梭式窑（Shuttlekiln,也称：
往复窑，或称：
台车式窑）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。
自80年代来，我国引进不少梭式窑，也在借鉴的基础上，自行研制开发不少梭式窑，梭式窑在我国投入使用以来，因其具有升、降温速度快、操作灵活方便，便于维修等特点，近年来在冶金、化工、陶瓷、无机材料等领域得到广泛使用。
为了掌握梭式窑的特点和结构点，增强工程设计能力，提高设计计算和理论分析能力而设计一个30m3烧成卫生陶瓷制品梭式窑。
1.设计要求
1.窑炉种类：
卫生陶瓷梭式窑
2.窑内有效容积：
23m3
3.最高烧成温度：
1300℃
4.燃料种类及组成：
净化煤气
煤气组成：
成分
CO2
CO
H2
CH4
C2H4
H2S
N2
含量（%）
4.5
29
14
1.8
0.2
0.3
50.2
5.成品率：
95%
6.装窑密度：
1.2吨/立方米
7.窑容积系数：
0.9
8.空气过系数α=1.1
9.当地气象条件：
夏季平均温度27℃，年平均大气压力96000Pa
2.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）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1.9—2.1米；现有粘土砖和高铝砖窑内高分别为1.5—1.9米和1.1—1.5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1626mm。
（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，窑的宽高比一般为
2，其中B为窑的内宽，H为窑的内高。
所以本梭式窑的内宽设计为3248mm。
（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。
拱中心角一半在60°~180°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3248mm，矢高为403mm。
（4）梭式窑的横截面积F=4.154m2，梭式窑的总长度L=
=5.537m
3.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：
该窑炉因用于烧制卫生陶瓷，最高烧成温度为1300℃。
（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。
轻质砖和硅藻土砖没用于砌筑承重拱顶或拱角砖，也没用于砌筑同钢结构立柱相接触的窑墙。
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。
红砖、硅藻土砖、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分别为:
红砖
硅藻土砖
粘土砖
高炉矿渣
最高使用温度
（℃）
600
900
1300~1400
700
体积密度
（Kg/m3）
1900~2300
700
导热系数[W/（m·℃）]
0.7~1.2
0.198+0.268×10-3t
0.698+0.64×10-3t
0.62
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。
所以本梭式窑的窑墙由内向外分别采用了红砖、硅藻土砖、粘土砖砌筑。
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。
所以本梭式窑的窑顶采用的粘土砖、硅藻土砖砌筑，用锅炉矿渣填充，窑顶表面平铺一层红砖以便行走。
3.2砌筑体尺寸的确定
根据公式q=
（t内–t外）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1300℃，保温层的温度为780℃，窑墙的外表面温度取100~120℃，空气温度取20℃。
q1=1350×4.184÷3600=1569J/m2·s
粘土砖:
λ=0.698+0.64×10﹣3×（1300＋780）÷2=1.40
1=λ/q1（t内–t外）
=1.40÷1569×（1300－780）
=0.463m
查表后取464mm;
硅藻土砖：
λ=0.198+0.268×10﹣3×（780＋300）÷2=0.36
2=λ/q1（t内–t外）
=0.36÷1569×（780－300）=0.110m
查表后取116mm;
红砖：
λ=0.7
3=λ/q1（t内–t外）
=0.7÷1569×（300－160）
=0.062m
查表后取63mm。
3.2.2窑顶尺寸的计算
窑顶：
q2=1600×4.184÷3600=1860J/m2·s
粘土砖：
4=λ/q2（t内–t外）=1.4÷1860×（1300－850）=0.338m
查表后取340mm;
硅藻土砖：
5=λ/q2（t内–t外）=0.35÷1860×（850－500）=0.066m
查表后取68mm;
高炉矿渣：
6=λ/q2（t内–t外）=0.62÷1860×（350－160）=0.063m
取68mm
3.3膨胀缝
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5~6mm/m
硅砖砌体12mm/m
镁砖砌体10~12mm/m
高铝砖砌体6~8mm/m
由于上述所用的材料的工作温度都大于80℃，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。
如下图：
4.燃烧计算及燃烧设备的选择
4.1燃料燃烧计算
设窑炉使用的煤气组成干基如下表：
成分
CO2
CO
H2
CH4
C2H4
H2S
N2
含量（%）
4.5
29
14
1.8
0.2
0.3
50.2
其中含水率为4%，α=1.1时。
基准：
1Nm3湿煤气xu×1=xd（1－H2O）
换算成湿煤气组成：
xu=xd
=0.96xd
换算后的煤气组成如下表：
成分
CO2
CO
H2
CH4
C2H4
H2S
N2
H2O
含量（%）
4.32
27.84
13.44
1.73
0.19
0.9
48.19
4.0
（1）1Nm3煤气燃烧所需要的空气量
理论空气量为：
V
=（
+
+0.0173×2+0.0019×3+0.0029×
）×
=1.195Nm3/Nm3
实际空气量为：
Va=αVa0=1.1×1.195=1.315Nm3/Nm3
（2）1Nm3煤气燃烧理论生成烟气量为：
V0=（0.043+0.2784+13.44+3×0.0173+4×0.0019+2×0.0029+0.4819+0.04）+
V
=1.99（Nm3/kg）
1Nm3煤气燃烧实际生成烟气量为：
V=V0+（α－1）V
=0.0195+（1.1－1）×1.195=2.07Nm3/Nm3
烟气组分：
=
×100%=16.556%
=
×100%=10.4203%
=0.4819×V
×
=0.4819+1.315×
=68.88%
=（α－1）V
×
×100%=5.7729%
=
×100%=0.140096%
4.2实际燃烧温度温度
气体燃料的发热量:
Qnet=12600C0+10800H2+35800CH4+59000C2H4+63700C2H6+80600C3H6
+91200C3H8+118700C4H10+146000C5H12+23200H2S（KJ/Nm3）
Qnet=126×27.84+108×13.44+358×1.73+590×0.19+232×0.29=5758KJ/Nm3
燃烧所需空气量：
Va=1.315Nm3/Nm3煤气
实际烟气量：
V=2.07Nm3/Nm3煤气
发生燃烧时煤气温度tg与空气温度ta均为20℃，其中空气在0~20℃的平均比热容为1.296KJ/Nm3
理论燃烧温度：
tth=
=
=
即2.07ctth=5818.5
设tth′=1700℃,查表知发生煤气燃烧产物的平均比容物C′=1.67。
则Q′=2.07×1.67×1700=5876.7＞5818.5
设tth′′=1600℃，C′′=1.65则Q′′=2.07×1.67×1600=5464.8＜5818.5
此时，tth的值必在tth′与tth′′之间，可用内插法以求tth值，即：
=
=
tth=1686℃
实际燃烧温度tp=ηtth
设取高温系数η=0.76（陶瓷倒焰窑）
∴tp=0.76×1686=1281.6℃
4.3烧嘴的数量、选型以及布置
选用高温调速喷嘴，配合外设燃烧室，构成喷燃器。
两对喷燃器布置在窑墙两侧，在同一水平面上交错布置。
外设燃烧室是为了保证煤气喷燃仅应所必须的时间及空间，使燃料能够充分燃烧。
为了便于点火，在燃烧室一侧的墙上留一个直径是60毫米的点火孔。
在点火结束后，用一磨制的轻质耐火砖塞将点火孔堵严。
为了提高喷嘴空气雾化效果，因而要用全部助燃空气的大部份作雾化介质。
适当提高一次空气和油的温度是保证雾化质量的有效措施。
主要参考文献
[1]章明铁.基于LABVIEW的梭式窑燃烧监控技术研究：
[硕士学位论文]，景德镇：
景德镇陶瓷学院，2009年
[2]徐德龙，谢峻林.《材料科学与工程》.武汉：
武汉理工大学出版社，2008
[3]姜洪舟.《无机非金属材料热工设备》.武汉：
武汉理工大学出版社，2005
[4]朱庆霞,胡国林,唐奇,陈功备,蒋方乐.《液化气梭式窑燃耗的计算机仿真研究》.陶瓷学报，2005年
[5]潘小勇，陈正军，王哲，胡国林.《卫生瓷梭式窑CAD系统设计与开发》.陶瓷学报，2009年
[6]张全;赵杰;蔡军林;刘新元.《梭式窑燃烧室结构优化研究》工业加热，2007年
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