30m3烧成卫生陶瓷制品梭式窑设计Word文件下载.docx

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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：

30m3

3.最高烧成温度：

1290℃

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1508mm。

（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3016mm。

（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3016mm，矢高为403mm。

（4）梭式窑的横截面积F=4.154m2，梭式窑的总长度L=

=7.222m

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1290℃。

（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

导热系数[W/（m·

℃）]

0.7~1.2

0.198+0.268×

10-3t

0.698+0.64×

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1290℃，保温层的温度为600℃，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×

（1290＋900）÷

2=1.4

1=λ/q1（t内–t外）

=1.40÷

1569×

（1290－900）

=0.35m

查表后取464mm;

硅藻土砖：

λ=0.198+0.268×

（900＋600）÷

2=0.399

2=λ/q1（t内–t外）

=0.399÷

（900－600）=0.076m

查表后取116mm;

红砖：

λ=0.7

3=λ/q1（t内–t外）

=0.7÷

（600－120）

=0.214m

查表后取232mm。

3.2.2窑顶尺寸的计算

窑顶：

q2=1600×

3600=1860J/m2·

粘土砖：

4=λ/q2（t内–t外）=1.4÷

1860×

（1290－900）=0.294m

查表后取340mm;

5=λ/q2（t内–t外）=0.399÷

（900－600）=0.064m

查表后取68mm;

高炉矿渣：

6=λ/q2（t内–t外）=0.62÷

（600－120）=0.16m

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：

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：

H2O

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）+

=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×

×

=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×

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