43t玻璃池窑的设计 工程训练

武汉理工大学《工程设计训练》设计说明书

课程设计任务书

学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 材料学院 题目: 43 t/d蓄热式马蹄焰池窑的设计

初始条件:

1、 产品的品种：陶瓷熔块 2、 产量：43 吨/天 3、玻璃的成分

表1 陶瓷熔块成分(wt/%)

成分 Wt% SiO2 Al2O3 MgO CaO K2O Na2O BaO B2O3 Sb2O3 Fe2O3 51.78 13.74 4.37 10.13 1.68 5.83 6.64 5.31 0.47 0.05 4、原料

表2 所用原料及基本要求 原 料 名 称 石 英 砂 钾 长 石 氢氧化铝 方 解 石 白 云 石 纯 碱 硝 酸 钠 碳 酸 钡 硼 酸 澄 清 剂 / 原 料 化 学 组 成(%) SiO2 99.4 63.7 0.4 / / / Al2O3 0.01 18 64.23 0.04 / / / / / CaO 0.01 0.1 0.02 55.99 / / / / / MgO 0.53 0.6 1.68 / / / / / Na2O / 0.8 / 57.61 26.75 / / / K2O 0.01 16.7 0.05 1.5 1.5 1.4 1.4 1.8 Fe2O3 0.04 0.1 0.02 0.01 / / 0.1 0.2 0.2 Na2CO3 :98.5 NaNO3 :98.5 BaCO4 :98.5 H2BO3 :98.5 Sb2O3 :98.0 其它 烧失量 34.02 43.99 47.61 40.89 71.75 23.18 42.90 外加水分(%) 11 30.3 21.64 5、配合料的水分：3.89%，通过石英砂引入，另加水0.11%。 6、纯配合料熔化，不外加碎玻璃。

7、玻璃的熔化温度：1514 ℃；熔化部火焰空间温度：1564 ℃。 8、助燃空气预热温度： 1208 ℃ 。 9、燃料：重油

表3 重油的元素组成 元素组成(%) C 85.68 H 12.60 O 0.57 N 0.40 S 0.23 3低热值(kJ/kg) A 0.02 W 0.50 42048.08 10、重油雾化介质：压缩空气,温度80℃，用量0.5Nm/kg油 11、空气过剩系数：α取1.12

12、窑型：蓄热式马蹄焰流液洞池窑

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要求完成的主要任务：

一、 撰写设计说明书，主要内容包括：

1、 设计依据及相关政策、法律、法规及设计规范 2、 物料平衡计算 2.1配料计算

2.2去气产物及组成计算 3、 热平衡计算 3.1燃料燃烧计算

3.2玻璃形成过程所消耗的热量计算 3.3燃料消耗量近似计算 4、 窑炉的结构设计

详细说明各部位的作用，各参数选择依据，并进行方案对比。。 4.1熔化部设计

包括熔化部的面积、长、宽、深度、火焰空间及投料口的尺寸。 4.2工作部的设计

包括工作部的面积、长、宽、深度及火焰空间的尺寸。 4.3玻璃液的分隔设备的设计 4.4出料口的设计

4.5小炉口的计算与设计 4.6蓄热室的计算与设计 4.7烟道与烟囱尺寸的确定 5、 窑炉耐火材料的设计与选择

包括池壁、池底、胸墙、大碹、蓄热室的耐火材料及保温材料的设计与选择。 要求作方案对比，阐述选择依据。 6、 窑炉主要技术经济指标

①熔化量：②熔化率：③熔化部面积：④冷却部面积：⑤一侧蓄热室格子砖的受热面积：⑥单位熔化部面积所占格子砖受热面积：⑦每公斤玻璃液所消耗的热量：⑧燃料消耗量：⑨玻璃熔成率。 二、 用CAD绘制一张窑炉总图（3#图打印）

时间安排:

15周 讲课、查阅资料、设计计算、绘制草图； 16周 CAD制图；

17周 撰写设计说明书、答辩。

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

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目录

1.设计依据及相关的法律法规·····································1

1.1设计的依据：见附页《课程任务设计书》···························1 1.2国家相关法律、法规及设计规范··································1 1.3马蹄焰窑炉的特点··············································2

2.物料平衡计算····················································2

2.1配料计算······················································2 2.2去气产物及组成计算············································4

3.热平衡计算······················································5

3.1燃料燃烧计算··················································5 3.2玻璃形成过程中所消耗的热量····································6 3.3燃料消耗量近似计算············································7

4. 窑炉的结构设计················································8

4.1熔化部的设计··················································8 4.2工作部的设计·················································11 4.3玻璃液的分隔设备（流液洞）的设计·····························11 4.4出料口的设计·················································12 4.5 小炉口的计算与设计

4.6蓄热室的计算与设计···········································13 4.7烟道与烟囱尺寸的确定·········································15

5. 主要技术经济指标·············································16 6. 参考文献······················································16 7. 总结··························································16

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43 t/d蓄热式马蹄焰池窑的设计

1设计依据及相关的法律法规

1.1设计依据及其基本原则： 设计依据：见附页《课程任务设计书》

设计基本原则：

随着工业生产现代化水平的日益提高，能源供应日趋紧张，在本设计中，为了节约能源、降低成本，采用有效的保温措施。

在玻璃的生产中，熔窑是消耗能量最大的热工设备，对其采取有效的节能措施降低能量消耗、尽量技术先进，满足施工可能，操作方便，经济合理。窑体结构应满足以下要求：

1、 满足成型工艺的要求。

2、 保证既定的温度制度、足够的澄清时间、充分均化的条件等。 3、 保证所要求的火焰形状和尺寸。

4、 便于控制、调节和改变窑内的温度、压力和气氛制度。 5、 热效率要高，燃料消耗量要小。 6、 减轻日常操作和维修时的劳动强度。

7、 能适应原料粒度、水分、碎玻璃加入量、燃料成分等的波动。

8、 便于测量和控制生产过程中的各项热工参数。

选择合理的窑型至关重要。选择窑型时应考虑产品品种、质量要求、产量、熔化温度、成形制度、燃料种类、厂房条件、投资费用等因素。 马蹄焰窑炉的特点：

窑内火焰呈马蹄形流动（在窑内呈U形），仅在熔化部的前端设置一对小炉的玻璃池窑称为马蹄焰池窑（有时亦称U形池窑）。 马蹄焰窑炉的优点是：

1.热利用率高。马蹄形火焰在窑内呈“U”形，长度可达可达熔化池长度的1.3-1.5倍，行程较长，因而因而燃料燃烧充分，同时窑体表面积小，热散失量较少，可提高热利用率，，降低燃料消耗。目前先进的大型马蹄焰池窑比形同熔化面积的横焰池窑热耗量低15-20%。 2.结构简单，造价低，只有一对小炉布置在熔化池端墙上，而橫焰窑一般有3对以上的小炉，且布置在熔化池两侧，这将使横焰池窑结构复杂，砌筑困难，同时横焰池窑占地面积大，建窑和建厂房的费用都比马蹄焰池窑高，建一座马蹄焰池窑的费用比建同等规模

1

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的横焰池窑低25-30%。 马蹄焰池窑的缺点是：

1. 沿窑长方向难以建立必要的热工制度，火焰覆盖面积小，在炉宽度上的温度分布不均匀，尤其是火焰换向带来了周期性的温度波动和热点（即玻璃液最高温度的位置）的移动；

2. 一对小炉限制了炉宽，也就限制了炉的规模；

3. 燃料燃烧喷出的火焰有时对配合料料堆有推料作用，不利于配合料的熔化澄清，并对花格墙、流液洞盖板和冷却部空间砌体有烧损作用。

1.2 设计相关政策、法律、法规及设计规范

法律法规：

《中华人民共和国环境保护法》 《中华人民共和国大气污染防治法》； 《中华人民共和国环境噪声防治法》； 《中华人民共和国环境影响评价法》； 《工业炉窑大气污染物排放标准》GB9078-1996 《玻璃工业污染物排放标准-容器玻璃》； 《建筑陶瓷厂节能设计规范》GB50543-2009 《平板玻璃厂节能设计规范》GB50527-2009 《工业炉砌筑工程施工及验收规范》GB 50211-2004 《玻璃窑炉节能监测》GB/T 25328—2010 《 工业炉窑保温技术通则》GB/T 16618-1996 设计规范：

玻璃池窑热平衡测定与计算方法 玻璃窑用大型粘土质砖 玻璃窑用镁砖

玻璃窑用低气孔粘土砖 玻璃窑用熔铸锆刚玉耐火制品 玻璃窑用烧结 AZS

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2物料平衡计算

2.1配料计算

表4 100公斤湿物料中形成氧化物的数量

氧化物量% 原料名称 湿料配合比% SiO2 Al2O3 MgO CaO K2O Na2O BaO B2O3 Sb2O3 Fe2O3 石英砂 39.22 钾长石 5.62 氢氧化铝 14.42 35.12 3.58 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 38.75 0.00 1.01 9.26 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10.28 0.19 0.03 0.24 0.00 2.81 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 3.63 3.93 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.94 0.01 0.00 0.00 0.10 0.03 0.07 0.10 0.01 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 3.74 0.58 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.97 0.00 3.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.35 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 方解石 6.49 白云石 12.98 纯碱 6.49 硝酸钠 2.16 碳酸钡 5.05 硼酸 7.21 澄清剂 0.36 合计 百分比% 78.72 100 3.27 7.58 1.26 4.36 4.97 0.35 0.04 51.78 13.74 4.37 10.13 1.68 5.83 6.64 5.31 0.47 0.05 计算过程如下：

石英砂中各氧化物含量：% Si02=35.33*99.4/100=35.12 Al2O3=35.33*0.01/100=0.00 CaO=35.33*0.01/100=0.00 MgO=35.33*0.53/100=0.19 K2O=35.33*0.01/100=0.00 Fe2O3=35.33*0.04/100=0.01 钾长石中各氧化物含量: % Si02=5.62*63.7/100=3.58 Al2O3=5.62*18/100=1.01 CaO=5.62*0.1/100=0.01

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MgO=5.62*0.6/100=0.03 Na2O=5.62*0.8/100=0.04 K2O=5.62*16.7/100=0.94 Fe2O3=5.62*0.1/100=0.01 氢氧化铝中各氧化物含量：% Al2O3=14.42*64.23/100=9.26 CaO=14.42*0.02/100=0.00 MgO=14.42*1.68/100=0.24 K2O=14.42*0.05/100=0.01 方解石中各氧化物含量：% CaO=6.49*55.99/100=3.63 Fe2O3=6.49*0.02/100=0.00 白云石中各氧化物含量：% SiO2=12.98*0.4/100=0.05 AL2O3=12.98*0.04/100=0.01 CaO=12.98*30.3/100=3.93 MgO=12.98*21.64/100=2.81 Fe2O3=12.98*0.01/100=0.00 纯碱中各氧化物含量：% Na2O=6.49*57.61/100=3.74 K2O=7.01*1.5/100=0.10 硝酸钠中各氧化物含量：% Na2O=2.16*26.75/100=0.58 K2O=2.16*1.5/100=0.03 碳酸钡中各氧化物含量：% K2O=5.05*26.74/100=0.07 Fe2O3=5.05*1.5/100=0.01 BaO=5.05*0.985*153/197=4.97 硼酸中各氧化物含量：%

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K2O=7.21*1.4/100=0.1 B2O3=7.21*0.985*70/2/62=3.97 Fe2O3=7.21*0.1/100=0.01 澄清剂：%

K2O=0.36*1.8/100=0.01 Fe2O3=0.36*0.2/100=0.00 Sb2O3=0.36*98/100=0.35

表5 配料计算

配料计算 SiO2 Al2O3 CaO 石英砂 钾长石 氢氧化铝 方解石 白云石 纯碱 硝酸钠 碳酸钡 硼酸 澄清剂 MgO Na2O K2O Fe2O3 BaO B2O3 Sb2O3 烧失量 合计 99.4 0.01 0.01 0.53 63.7 0 0 0.4 0 0 0 0 0 18 0.1 0.6 0 0.8 0 0 0 57.61 26.75 0 0 0 0.01 0.04 16.7 0.05 0 0 1.5 1.5 1.4 1.4 1.8 0.1 0 0.02 0.01 0 0 34 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 64.23 0.02 1.68 0 55.99 0 42.99 47.61 40.89 71.75 23.18 42.9 98 0.04 30.3 21.64 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 75.32 0.1 0.2 55.6

表6 湿料配方

氢氧化石英砂 钾长石 铝 37.41 5.62 14.42 方解石 白云石 6.49 12.98 纯碱 6.49 硝酸钠 碳酸钡 硼酸 2.16 5.05 7.21 澄清剂 0.36 水 0.11

2.2去气产物及组成计算

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表7 去气产物计算 原料名称 石英砂 氢氧化铝 方解石 白云石 纯碱 硝酸钠 硼酸 碳酸钡 质量 体积 体积百分数% 去气产物量 H2O 4.00 4.99 1.11 10.01 12.33 60.18 CO2 2.86 6.10 2.65 2.97 14.58 7.44 36.31 O2 0.20 0.2 0.14 0.01 NO2 1.15 1.15 0.58 2.83 挥发分总质量=10.01+14.58+0.2+1.15=25.94

3热平衡计算

3.1燃料燃烧计算

粉料中挥发分占25.94%，由于规定是纯配合料，不添加碎玻璃，则可以得到： 1-25.94%=74.06% 即0.754Kg-玻璃液

因此，熔制成1 Kg的玻璃液所需要的粉料量Gb为： Gb=1/0.75=1.35 Kg/Kg-玻璃液

所以，熔制1Kg玻璃液所需要的配合料量为： Gb’=Gb=1.35 Kg/kg-玻璃液

3.2玻璃形成所消耗热量的计算

?硅酸盐生成热Q1的计算： 方解石的反应耗热量Q1： QI=1536.6*0.0363=55.78KJ 白云石的反应耗热量：

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QII=2757.4*(0.0281+0.0393)=185.85KJ 纯碱的反应耗热量： QIII=951.7*0.0374=35.59KJ 硝酸钠的反应耗热量： QIV=4144.9*0.00058=24.04KJ 碳酸钡的反应耗热量： QV=988.1*0.0497=49.11KJ 氢氧化铝的反应耗热量： QVI=1766.8*0.0926=163.61KJ 硼酸的反应耗热量：

QVII=3018.7*0.0397=119.84KJ

q1=Qb*Gb=( QI+ QII+ QIII+ QIV+ QV+ QVI + QVII)*Gb

=(55.78+185.85+35.59+24.04+49.11+163.61+119.84)*1.33=842.98KJ ②玻璃形成热为q2

q2=347Gb(1-0.01Ggas) =347*1.35*(1-0.01*26.229)=345.58 (KJ-1Kg玻璃液) ③加热玻璃液到玻璃液熔化温度（1514C）耗热量q3的计算 CP.g=0.672+4.6*10-4*1514=1.368

q3=1* CP.g *tmelt=1.368*1514=2071.152 (KJ-Kg玻璃液) ④q4=0（因为不加入碎玻璃，Gc=0） ⑤蒸发水的耗热量q5：

q5=2491Gb*GH2o=2491*1.35*8.612*0.01=289.61 (KJ-Kg玻璃液) ⑥配合料中粉料带入的物理热q6:

一般湿粉料的比热容Cp,b取0.963KJ/Kg* oC

q6=Gb*Cp,b*tb+Gc*cpc*tc=1.35*0.963*20+0=26.001 (KJ-Kg玻璃液) ⑦则玻形成热为： qg=q1+q2+q3+q4+q5+q6

=842.98+345.58+2071.152+0+289.61+26.001=3206.793 (KJ-Kg玻璃液)

o

3.3燃料消耗量近似计算

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表8 空气量、烟气量及其组成的计算

重油化学组成% C H S N M 85.68 12.60 0.23 0.40 0.50 燃烧需氧量 （Nm3/Kg-重油) 1.60 0.71 0.00 2.31 2.30 0.28 2.58 9.71 12.29 燃烧方程式 C+O2=CO2 H+1/2O2=H2O S+O2=SO2 过剩空气系数为1.12 合计：13.02 合计100 燃烧产物量（Nm3/Kg-重油） CO2 1.60 1.60 O2 0.28 0.28 N2 0.00 9.71 9.71 H2O 1.42 0.01 1.43 SO2 0.00 0.00 可燃物的需氧量Nm3 O 0.57 理论氧气量Nm3 过剩氧气量Nm3 实际氧气量Nm3 被引入氮气量Nm3 实际空气量Nm3 实际烟气量Nm3 各成分的百分比% 12.29 2.15 74.58 10.98 0.00 ?其中，燃烧需要氧气量(Nm3/Kg)计算：

C:VO2=④④C/12*(22.4/100)=85.68/12*(22.4/100)=1.60 同理，

H:0.5*(12.6/2)*(22.4/100)=0.71 S:0.23/32*(22.4/100)=0.00 ?理论氧气量：

CHSO22.4?((?0.5*??)*VoO2= 122323210085.6812.60.230.5722.4?0.5*??)*?2.301223232100

过剩氧气量：（1.12 -1）*2.30=0.28

实际氧气量：理论氧气量*过剩空气系数=2.30*1.12=2.58 被引入氮气

2.58*79?9.7121量：

实际空气量=2.58+9.71=12.29 ?燃烧产物量：

根据方程式配比可以得出燃烧物产量，例如：CO2=O2=1.60；

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同理，可得其他燃烧产物量。 ④燃烧消耗量近似计算：

玻璃池窑单位熔化部面积所对应的总耗热量：

Q=(P* qg+K2*W)/(1-K1K2)=(62.5*3206.793 +1.25*58931*4.18)/(1-0.25*1.24) =736723.24KJ/(㎡*h)

其中：P=1.5*10^3/24=62.5 KJ/(㎡*h) K1=0.25 K2=1.24(可通过查“q2和K2之值”得出)

S=43/1.5=28.67㎡

W=58931 （可通过查图“熔化部面积与全窑向周围介质散热的关系”得出） 燃料为重油，则单位熔化部面积所对应的燃料消耗量

moil=Q/ Qnet =736723.24KJ/(㎡×h)/ 42048.08 KJ/Kg=17.52kg/(㎡×h)

4窑炉的结构设计

玻璃池窑是由玻璃熔制部分、热源供给部分、余热回收部分、排烟供气部分组成。在陶瓷熔块生产中，不需要进行成型，因此本设计中主要进行熔化部、工作部、玻璃液的分隔设备（流液洞）、小炉口、蓄热室、烟道与烟囱的设计。

4.1熔化部设计

熔化部作用：

玻璃池窑的的熔化部是配合料熔化和玻璃液澄清、均化的区域。在熔化部，燃料进行燃烧，为玻璃液及原料提供热量。原料及玻璃液经过热对流，热辐射等传热方式进行融化，澄清，均化。因此熔化部分为上下两部分，上部为火焰空间、下部为窑池。 各部分尺寸：

（1）熔化部的面积：F熔 = 产量÷熔化率=43÷1.5=28.67m2

（2）因为熔化面积为28.67m2，查《玻璃工业热工设备》表4-3取该马蹄焰池窑（无冷却部）熔化部长6.8，熔化部宽4.2，得长宽比1.6， 所以合理。

熔化部深度：h=0.4+0.5lg(28.67h)=1.13 m 据经验h应该在600---1000mm之间，且现在向浅池发展，本实验设计取h=900mm. (3)火焰空间尺寸

①火焰空间的长度：为保证受热面积，熔化部长度每边增加100—200mm,本设计取 150mm,根据L焰 = L熔 +2×0.15=6.8+2*0.15=7.1（m）

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?火焰空间的宽度：同长度设计相同，为保证受热面积，火焰空间的宽度一般比窑池的宽度大200—300mm，,即每边增加100—150mm,本设计取 150mm,即B0.15=4.5m；

③火焰空间上部面积： F焰 = L焰×B焰 =7.1×4.50=31.95㎡ （4）熔化部大碹和胸墙的设计：

中小型大碹股跨比（f=h/B焰）范围为f=1/7.5~ 1/8.5 ， 本设计大碹股跨比取f=1/8，则大碹升高 h = f×B焰 =4500×1/8=562m.

胸墙的高度：胸墙的高度与很多因素有关,本设计取H胸=1100mm；

简图示意:

火焰空间的高度：对于马蹄焰窑炉,为胸墙高度+大碹升高=1100+562= 1662mm。

火焰空间的体积：V

图一 熔化部大碹和胸墙

焰

焰

=4.2+2×

=（H胸 +2/3 h）×B焰×L

焰

=(1.1+2/3×0.5625)

×4.5×7.1=47.12m3

（5）火焰空间的校核：

对于烧油池窑，尤其是喷嘴放在小炉下面时，燃料其本在烧空间燃烧，可以用火焰空间容积强度的指标来确定和复核火焰空间的大小。火焰空间容积热强度是指在单位火焰空间容积池内燃料燃烧所发出的热量。 火焰空间的热负荷

Q=单位熔化部面积燃料消耗量*熔化部面积*低热值/火焰空间体积17.52×28.67×42048.08/47.13/4.18=111.948×103 kcal/m3*h

其允许范围在90---120×103 kcal/m3*h之间，则火焰空间的容积设置符合要求。

（6）投料口尺寸的确定：

投料口的作用：按时按量加入、液面稳定，薄层加入，预熔作用，减少粉料飞扬。 对于马蹄焰窑炉，可根据产量和投料机的类型来确定投料池的尺寸。

?投料池的长度范围为：1200-1300mm，本设计取1200mm；

?投料池的宽度范围为：因为日产量43t,产量较大，取窑内宽取800mm；

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投料池的深度为：与熔化部池深相同，即为：900mm；

?加料池离前端池墙400---500mm,取500mm.

此外，要将投料口设计成阶梯状，以便挡住火焰空间里面的火，并实现对物料的预熔作用。

4.2工作部的设计

工作部的作用：进一步均化玻璃液，将温度降低到一个合理的范围，分 配玻璃液到各个供料通道。 （1）工作部的尺寸

①长度在600—900mm之间，取600mm;

②宽比流液洞稍大或相等，取工作部宽为600mm; ③高度取900mm.

④工作部的面积F工=0.6m×0.6m=0.36㎡。 （2）工作部火焰空间的尺寸： ①工作部的火焰空间高度H工火

马蹄焰窑炉火焰空间高度范围一般是600-800mm，本设计取H工火为600mm。 ②工作部的火焰空间宽度B工火

根据B工火 = B工 + 2×（100—150）（mm），本设计取100mm 则B工火 =600+2×100=800mm ③工作部的火焰空间长度L工火

根据L工火 = L工 + 2×（100—150）（mm），本设计取100mm 则L工火 =600+2×100=800mm ④工作部胸墙的厚度 胸墙高度 350mm

胸墙厚度范围230-300mm，本设计取 300mm，电熔33#AZS-WS砖

4.3玻璃液的分隔设备(流液洞)的设计

本次设计玻璃液的分隔设备选取流液洞。

流液洞的作用、特点：流液洞结构过桥，是熔化部和冷却部洞位于窑底上面的一个涵洞。熔化好的玻璃液流过洞进入冷却部，由于流液洞的截面积小，且处于窑池的深层，从而大大降低玻璃液的温度（降80-90℃），可减少玻璃液的循环对流。

选用流液洞的形式，要根据日产量、玻璃料别、产品质量要求、熔化及成型温度、池

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窑的结构和尺寸等情况而定。流液洞的长度控制着玻璃液的降温程度。流液洞的宽度控制着流过玻璃液的均匀性，越宽越均匀，而对降温值得影响甚微。流高度控制着流过玻璃液的质量。 流液洞尺寸：

①流液洞的长度：洞长在600---900mm之间，本次设计取800mm. ②流液洞的宽度： 流液洞宽度范围300-500mm，本次设计取 450 mm； ③流液洞的高度：流液洞高度范围200-400mm，本次设计取 350 mm； 洞宽/洞高=450/300=1.5 在1.2—1.6之间，符合要求；

④流液洞个数：因为本次设计无其他特殊要求，一个流液洞已经可以满足要求，因此流液洞个数取1个。 流液洞流量负载校核：

K=43?1000/(30?45?24)= 1.45[kg/(cm2.h]

比较：1<1.45<2.5

故而流液洞的尺寸设计合理。

4.4 小炉口的计算与设计

小炉口作用：小炉是玻璃池窑的燃烧设备，承担组织火焰的任务，并且连接熔化池和热回收装置，在蓄热池窑中的小炉还是排出废气的通道。 小炉尺寸的计算：

已知参数：空气过剩系数α=1.12

①每公斤重油消耗空气量 12.29Nm3/kg（表8 中的空气需要量） ②每小时重油消耗量x =17.52 kg/(㎡*h)* 28.67m2=502.30kg/h 则每秒钟应喷入的空气量V标 = 502.30×12.00/3600 =1.67Nm3/s 空气被预热到1208℃，此时体积为VT

VT = V标×（273+1208）/273 =1.76×（273+1208）/273=9.06m3/s

气体喷出速度v = L焰 + 5-6m/s,本设计取 5 ，

即v = L焰 +5=6.8+ 5=11.8m/s, 现在一般选用取10m/s ③马蹄焰窑炉小炉口宽度b为900—1200mm，本设计取b为1200mm

火焰覆盖系数：喷火口(小炉)宽度/熔化池宽度=1.2/4.2*100%=28.57%,(合理范围为25%-30%)所以合理；

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④小炉口为扁平状较合理，即b/h = 2.0-2.5 。 本实验设计取宽高比=2，则小炉高度h=600mm ；

⑤小炉口股跨比（碹升高/跨度）f为1/8-1/10，本实验设计取1/8,则小炉碹股高为：（1/8）*b=（1/8）×1200=150mm ⑥实际根据公式喷火口面积： F炉 = b·h +（ 2/3 ）·b2·1/8

= 1.2×0.6 +（ 2/3 ）×1.22 ×（1/8）=0.84 m2

校核：F炉/ F熔=0.84 /28.67×100%=2.93% ，F炉/ F熔的值在2%~3%合理； 小炉距离胸墙需要≥350mm,取600mm；

两个小炉间距≥500mm,实际间距1200mm。

4.5蓄热室的计算与设计

蓄热室的作用：蓄热室为周期性换热设备，属周期性不稳定温度场，传热过程为不稳态传热，工作特点类似于逆流换热器，故通常将蓄热室看作逆流式换热器对整个周期进行传热分析，主体为格子体，作用是蓄热和换热。蓄热室回收余热的原理是：利用废气与空气交替地通过其内的格子体，以格子体为传热的中间体，从而使得空气间接地获得废气的余热。

格子体的作用：提高了蓄热室强度，增加了换热面积。

①本设计用李赫特式蓄热室（李赫特式单位体积的受热面积较大、气流路程长、稳定性好）：用230×114×65的标准砖砌成格字体，砖长L=230mm，高度h=114mm，厚度δ=65mm,格子体规格选择李赫特式;格孔尺寸为100mm×100mm,则a=b=100mm. ②李赫特式的单位格子体受热面积为：f=19㎡/m3

蓄热室面积F=熔化部的面积×30-40 m2/ m2 ,蓄容比取35，则F=28.67×35=1003.45㎡ 格子体的体积：V=F/f=1003.45/19=52.81 m3 根据公式 L*B*S?Va/wa

所以，格子体的截面积 Fs=Va/(WO*S)=1.67/(0.4*0.37)=11.28㎡。 其中：

单位格子体横（纵）断面面积上的气体的流通断面面积（m2/m2） S=ab/(a+δ)(b+δ)=100×100/(100+65)(100+65)=0.37 m2/m2 Va---预热气体通过格子体的流量，即每秒钟应喷入的空气量V

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标

= 502.30×12.00/3600

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=1.67Nm/s

预热空气的速度 0.2—0.4Nm/S ,取0.2 Nm/S 烟气的速度 0.25—0.5Nm/S ，取0.4 Nm/S

格子孔中气流速度v0 = 0.2-0.4m/s，本设计取v0 =0.4 m/s ③格子体的高度H=V/Fs=52.81 m3/11.28㎡=4.69 m , 计算构筑系数：Φ= H格/ F格1/2=4.69/91/2=1.56<2,

所以尝试取,取Fs=7.34㎡,则高度H=V/Fs=52.81/7.34=7.2m 计算构筑系数Φ= H格/ F格1/2=7.2/91/2=2.4 注：Φ在2.0~3.0之间合理。

由于应为格子体的整数倍，所以7.2/0.113=63.72,取64层，所以H=64*114=7232mm. 格子体宽度范围为1.9-2.6m,且 B=n(a+δ )+ δ ，取n=13因此本设计取 B格=13×(100+65)+65=2210mm L= V/ BH=52.81/(2.21×7.2)=3.32m 取n=20,则L格= 20×（100+65）+65=3300mm 蓄热室内尺寸：每边比格子体大50mm, 则长L=3300+100=3400mm 宽B=2210+100=2310mm

蓄热室碹升高h蓄=(1/4) ·B蓄=(1/4) ×2310=578mm 格子体上部空间尺寸取1500mm左右，取1533mm.

④炉条作用 ：炉条是承重蓄热室格子体重力的砖材结构，它是由单一碹砖砌成的一条条拱碹，条碹与条碹之间有空隙，以便让气体通过，故俗称炉条。 炉条碹（中心角120o）：碹半径=2310/3=1333.68mm 碹宽度≧150mm，取151mm。

碹升高=1333.68-1333.68*0.5=666.84mm,取667mm。

碹间距：两炉条间距346mm，两条靠近墙的炉条与墙的距离分别为152和21.最右边两个 炉条间距为231mm，共8条。

所以，115×8+231+152+21+346×6=3400mm

3

4.6 烟道与烟囱尺寸的确定

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4.6.1烟道

作用：烟道一端与蓄热室相连，另一端与烟囱相连。烟道既是排烟道又是进气通道。烟道的设计应该力求做到路线短、转弯少，避免急转弯等，以减少经过烟道时气流的阻力损失。 烟道宽度范围800~1200mm, 本设计取900mm 烟道高度范围1000~1400mm, 本设计取1200mm 总废气量=（烟气量+烧失量）*1.2 烟气量=（13.02/12.9*1.67+)=2.2

43*100020.49废气量= *?0.13824*60*60100?25.94所以，

总废气量=2.2+0.138=2.338 S=0.9*1.2=1.08m2

V=总烟气量/S=2.338/1.08=2.16m/s ,烟气速度范围是范围1-3m/s，在范围内，所以合理。

4.6.2烟囱

作用: 玻璃池窑排气系统中烟囱的作用是将池窑内的废气经小炉、蓄热室和烟道排入大气，使池窑内保持适当的压强，以保证正常生产。 小型窑炉烟囱高度30m,35m，40m，45m，本设计取40m

5各部位墙体设计

5.1熔化部

池壁厚度及材料选择：

玻璃液的主要侵蚀为横向硅缝处。因此应尽量避免在高温区出现横向裂缝，通常采用整块大砖立砌。但是即使是立砌的竖向砖缝也是熔窑的薄弱部位，因而要求立砌排砖尺寸必须相当精确，结合面应加工磨制加工达到硅缝密接其目的并不是为了防止玻璃液的流出，而是为了减少玻璃液对砖材的侵蚀。

本设计300mm 33#电熔AZS砖，立砌；保温层,235mm，轻质高铝砖

池底厚度及其材料选择： 耐磨层： 100mm, 电熔AZS-WS 主体层：300mm 粘土大砖 保温层：350mm 轻质粘土砖 5.2熔化部火焰空间

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火焰空间材料选择及保温材料确定:火焰空间既受到配合料粉尘和玻璃液挥发物的高温侵蚀，还要承担较高的高温载荷以及换火带来的周期性温度波动。大碹和胸墙主要受到碱性硫酸盐凝聚形成的蜂窝状蚀损以及烧损，其耐火砖在高温下对玻璃液挥发物要稳定，荷重软化温度和抗蠕变性能要较高。 大碹

碹顶厚度：300mm,优质硅砖； 保温层厚度：200mm,轻质硅砖。 胸墙

胸墙厚度：300 mm，优质硅砖； 外层厚度取200 mm, 轻质硅砖。 5.3投料池 投料池材料选择：

在实际生产中，投料口受损的情况非常严重，尤其在投料池的拐角处。这是由于在拐角处两面受热，散热面小，冷却条件差，又经常受到配合料的强烈侵蚀和机械磨损作用，所以投料池的拐角处需要用高质量的耐火材料砌筑。

投料池壁厚：300mm,电熔AZS；120mm，保温层，轻质粘土砖。 拐角砖：电熔AZS砖 工作部：

外层保温层厚度范围170~230mm，本设计取 200 mm，轻质硅砖 工作部的碹顶厚度300mm，优质硅砖。 5.4小炉

炉用砖要求：耐高温、耐侵蚀、耐冲刷、抗热震。 斜坡碹和水平通道碹都选用230mm硅砖； 下层用200mm轻质硅砖保温； 喷火口，喷嘴转均选用33#电熔AZS砖; 碹顶保温材料选用200mm轻质硅砖。

小炉的耐火材料厚度：230mm硅砖,120mm轻质硅砖。 5.5格子体

格子体内部材料的选择：

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格子体应有较好的耐侵蚀性，且高温强度要大，抗热震性要好，受侵蚀后生成物的粘度小，从格子体上中部碱性粉尘和碱蒸汽浓度较大来考虑。 本设计中具体材质如下所示：

64层李赫特式，51层粘土砖,13层高铝砖。

5.6蓄热室 蓄热室材料选择：

蓄热室的侵蚀主要来自配合料及其挥发物，但其侵蚀比熔化部上部慢，故而碹顶采用硅砖即可。

保温材料：300mm轻质硅砖。

蓄热室的侧墙主要用350mm粘土砖和350mm轻质高铝砖；

蓄热室碹顶保温材料采用2层保温，从内到外分别是：200mm粘土砖，250mm高铝砖。 5.7烟道

烟道材料选择：本设计中选取烟道墙体及碹顶材质选用粘土砖，碹顶外层保温材料为建筑红砖,在墙体外围加一层230mm的粘土砖保温加强。烟道底面采用一层粘土砖加一层保温轻质粘土砖。

6 主要技术经济指标

①熔化量= 43 t/d ②熔化率=1.5 t/m2*d

③熔化部面积=28.67m2 ④工作部面积=0.36m2

⑤一侧蓄热室格子砖的受热面积=1003.45m2 ⑥单位熔化部面积所占格子砖受热面积=35m/m ⑦每公斤玻璃液所消耗的热量=11793.02kJ/kg ⑧燃料消耗量=12.06 t/d ⑨玻璃熔成率=81.91%

2

2

6 参考文献

【1】姜洪舟等编，无机非金属材料热工基础，武汉理工大学出版社，2009.5 【2】姜洪舟等编，无机非金属材料热工设备，武汉理工大学出版社，2013.12

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武汉理工大学《工程设计训练》设计说明书

【3】陈国平等编，玻璃工业热工设备，化学工业出版社，2007.01

【5】孙承绪等编，玻璃窑炉热工计算及设计，中国建筑工业出版社，1983.5 【6】陈国华等编，无机非金属材料热工基础，化学工业出版社，2007.1

【7】樊德琴等编，玻璃工业热工设备及热工测量，武汉工业大学出版社，1996.2

7 设计总结

本次课程设计时间短，任务紧。在这次课程设计中，从计算到画图都是一点一点自

己

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【3】陈国平等编，玻璃工业热工设备，化学工业出版社，2007.01

【5】孙承绪等编，玻璃窑炉热工计算及设计，中国建筑工业出版社，1983.5 【6】陈国华等编，无机非金属材料热工基础，化学工业出版社，2007.1

【7】樊德琴等编，玻璃工业热工设备及热工测量，武汉工业大学出版社，1996.2

7 设计总结

本次课程设计时间短，任务紧。在这次课程设计中，从计算到画图都是一点一点自

己

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