马蹄焰池窑

Chap3 马蹄焰池窑
3.1 结构设计 3.2 各部位保温 3.3 能耗计算 3.4 强化池窑作业装置 3.5 砖结构计算 3.6 钢结构计算
1
3.1 结构设计
3.1.1 概述： 先确定池窑各部位的形式、尺寸和材料。绘
出草图。 热工理论计算，砖结构排列与计算、钢结构
布置与计算 原则：技术先进，施工可能，操作方便，经
立柱
tW2
a
α
b
tW1
G
θ
fδ R
F G/2
碹名
半圆碹 标准碹 倾斜碹
悬拱 平拱
碹类型结构
f/B
1/2 1/3~1/7 1/8~1/10
1/12 0
横推力 F 无 小 大
用途
烟道、燃烧室 蓄热室、炉条碹
熔化池大碹
大型窑
由相似三角形，楔型砖基本设计公式为
（a+c）/（b+c）=（R+δ）/R
其中：c为砖缝，2~3mm。
以弓形碹火焰分布均匀，砌筑简单。
R R
弓 形拱 B
箭 头拱 B
r O O'
1 /2 0 ~ 1 / 4 0 B
馒头 拱 B
楔型砖
锁砖
拱角砖
fδ R
α B
跨度 B
升高 f 厚度 δ
θ
中心角 θ
半径 R
碹角 α
tg(
)
2
f
B2 4 f 2 R
sin B
2B
8f
2 2R
拱碹钢结构受力示意图
拉条
预熔池结构有利于提高熔化率，克服跑料现 象，减少飞料及格子体堵塞，延长加料口 寿命。
（4）熔化部面积理论计算： 理论计算前，用经验计算初步确定窑的主要
尺寸。 熔化分为熔化带和澄清带两部分。 A、熔化带面积计算： 形成玻璃液需要的热量与每单位配合料覆盖
面在火焰空间所能获得的热平衡式来计算。 单位W。
全保温池底结构：70mmAZS33WS-Y + 30mm锆质 捣打料 + 40mm烧结锆英石砖+ 30mm锆质捣打 料+300mm浇注大砖+280mm轻质粘土砖+10mm 石棉板+8mm钢板
火焰空间要求： 1）能经受火焰烟气冲刷、烧损，配合料、其
他耐材的侵蚀。化学、温度稳定，抗渣性强。 2）严密不透气。砖缝小。 3）稳固。钢结构牢固。 4）散热少。采取保温。
大型可达700mm。 2）高度：控制玻璃液的质量。 越低质量越好，而温降越大。中小型池窑
200~400mm，大型可达500mm。 3）长度：控制玻璃液的降温程度。 越长降温越多。1.2~1.5℃/cm。
4）流液洞的流量负荷K流。Kg/（cm2·h）。
K流
G BH
式中，G为每小时通过流液洞的玻璃液量， Kg/h；B为流液洞宽度，cm；H为流液洞高 度，cm。
灯管芯柱 0.25~0.3 0.35~0.4 0.3~0.5
0.4~0.6
0.7~0.8
B、熔化池几何尺寸 1）长宽比（L/B） 保证玻璃液在窑内停留一段时间（长L），
满足其澄清。 满足燃料充分燃烧，不造成大温差，不直
接烧吸火口。 横火焰池窑长按小炉对数而定。
熔化面积与池窑长宽比（L/B）的关系
一般为2~4。小窑偏低，大窑可大于4。过大 侵蚀加剧。过小，向上钻蚀作用增强。
流液洞设计注意：朝向熔化尽量减少水平 砖缝，盖板砖要耐侵蚀，采用风冷或水冷， 异型砖或钢结构要加紧。 提高流液洞寿命措施： 采用上倾式流液洞； 扩大冷却表面； 减少砖厚度，采用有效冷却结构； 采用优质耐火材料。
3.1.4 冷却部设计(工作部)
B、澄清带面积计算 F澄带=（（A+B+D）Z）/ρδ 式中，A为用于成型的玻璃液量；B为澄清带
向投料口回流的玻璃液量；D为冷却部回 流到澄清带的玻璃液量；Z为需要加热的 时间；ρ为澄清带玻璃液的密度；δ为表面 流动层的厚度，m。 F澄带一般不计算，由熔化部面积换算而得。
3.1.3 分隔装置设计 (1)气体空间分隔装置 全分隔：工作池温度只受玻璃液流动的影响，
F熔＜20 m2
燃料1 0.7~0.8
燃料2 1.2~1.3
普白瓶
0.9~1.1 1.3~1.65
吹制器皿 0.5~0.7 1.0~1.2
F熔21~39 m2
F熔＞40 m2
燃料1 0.8~0.85 1.1~1.4
~0.8
燃料2 1.2~1.4 1.7~2.1 1.3~1.7
燃料1
Max1.8 (40 m2) Max2.2 (50m2)
熔化率K的选择依据： 1）玻璃品种与原料组成； 2）熔化温度； 3）燃料种类与质量； 4）制品质量要求； 5）窑型结构，熔化面积； 6）加料方式和新技术的采用； 7）燃料消耗水平； 8）窑炉寿命和管理水平。
流液洞池窑熔化率表/t/(d.m2） (燃料1：发生炉煤气或煤 燃料2：重油或天然气)
品种料别 高白料瓶
燃料2 2.2~3.0
压制器皿 0.75~0.9
~0.9
1~1.4
流液洞池窑熔化率表/t/(d.m2） (燃料1：发生炉煤气或煤 燃料2：重油或天然气)
品种料别
F熔＜20 m2
燃料1
燃料2
F熔21~39 m2
燃料1
燃料2
F熔＞40 m2 燃料1 燃料2
保温瓶
0.6~0.9 0.8~0.95
仪器普白料 0.4~0.5 0.65~0.8
加料口
池壁 池底
加料口
熔池 胸墙
熔池喷火口 喷火口
熔池 大碹
喷嘴砖
池壁
熔化部池壁、流液洞、花格墙
熔化池大碹
花格墙
流液洞
池壁
池壁
熔化池
流液洞
池底
熔化池大碹砌筑
作业
1、熔化率K的选择依据有哪些?
2、某燃油马蹄焰池窑，日出料量为40t， 燃料消耗为0.2t油/t玻液，重油热值为 41382kJ/kg，若取熔化率为1.6t·m-2·d -1， 熔化池长宽比为1.7，火焰空间热负荷为 93000W/m3，每侧胸墙比池壁宽出100mm， 碹股升高取1/8，则马蹄焰池窑熔 化部内部照片
蓄热式马蹄焰池窑教 学模型
蓄热式马蹄焰池窑纵立剖面A-A
平剖面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ
横立剖面B-B、C-C
平剖面Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ
3.1.2 熔化部设计 先定生产规模。 （1）窑池设计： A、熔化率与熔化面积： 按已定窑产量Q、熔化率K估算
Q F熔 K
Q—产量，t/d；K—t/(d·m2)
1700～2200
胸墙高低要考虑燃料种类和质量、熔化 率、熔化耗热量、窑规模、散热量、气 层厚度等。 大碹厚300~500mm，双碹窑内碹取 230mm。胸墙厚500mm，个别400mm。
（3）投料口及预熔池设计 设计要求：按时按量加入、液面稳定，薄层
加入，预熔作用，减少粉料飞扬。
马蹄焰池窑为侧面投料，只放一台投料机。 宽稍大于投料机宽，两侧留50~100mm。 深比窑池浅些。
A、人工成型： 操作空间，换坩埚、热修方便。两甏口中心
距＞1.4m，边甏到墙角＞400mm。 B、机械成型。 长方形、半圆型、多边型等。
熔化池基础、主次梁
主梁
次梁
基础柱
熔化池池底 池底大砖 池底保温层
熔化池壁预排
熔化池池壁、挂勾砖、立柱
挂勾砖
立柱
池壁
托板
熔化池
大碹 胸墙
池壁
池底
熔化池加料口
便于控制，减少熔化部的热量支出。采用两 道墙或一道墙设置。工作池要单独加热。 部分分隔:花格墙借格孔大小、墙高度和位置 来调节分隔程度。约为(60~80)%。 借熔化部的火焰温度和长度来调节工作部温度。
(2)玻璃液分隔装置 平板池窑采用浅层分隔，其余池窑都用深层
分隔，以流液洞最为普遍。 A、流液洞的作用：撇渣器和冷却器的作用。 1）对玻璃液的选择作用。 2）玻璃液的冷却作用好。 3）减少玻璃液的循环对流，减少热损失。 4）提高玻璃液的均匀性。
砌拱时，直型砖不要太多，否则易塌拱。
拱脚要加紧，拱脚松动也会造成塌拱。
横推力F为
F KG ctg
22
式中，K为温度修正系数
F大小影响因素 a）G的大小 b）θ的大小 平拱θ=0，F→∞
半圆拱θ=180，F=0 c）温度tw1≥tw2，产生附加载荷
T↑，K↑
一般工业炉温度修正系数
tw1 /℃
K
品种料别
F熔＜20 m2
燃料1
燃料2
F熔21~39 m2
燃料1
燃料2
F熔＞40 m2 燃料1 燃料2
无碱球
0.35~0.4 0.4~0.5
0.5
吹制泡壳 0.5~0.65 0.8~1.0 0.6~0.75 0.8~1.1
压制管壳
0.6~0.7
0.6~0.7
安瓶管
0.4~0.6
~ 0.8
0.8~1.0
3）参数： a、F冷/F熔。 (15~25)%。分配料道(10~20)%。 b、正常流动负荷/冷却部面积。（t/d·m2） 冷却率。3~13范围。 c、冷却部容积/正常流动负荷（m3/d） 玻璃液停留时间。愈长愈稳定，但需更多空
间，回流多。最小存3小时玻璃流量。
冷却部形状：取决于成型方式，成型机的数 量及工艺布置，玻璃液应均匀分配，减少 死角。
0.7~1.0
1.1~1.35 1.7~1.9 (60m2)
仪器灯工硬 料
仪器烧器硬 料
中碱球
~0.35 0.15~0.2
~0.3
0.4~0.5 0.3~0.4
0.4~0.5
0.3~0.35
~ 0.67
1.4 (56m2)
流液洞池窑熔化率表/t/(d.m2） (燃料1：发生炉煤气或煤 燃料2：重油或天然气)
火焰空间热负荷值：每单位空间容积每小时燃料 燃烧所发出的热量。也叫热强度。
火焰空间热负荷值（×102 W/m3）
蓄热式池窑
换热式池窑
发生炉煤气
重油 发生炉煤气
重油
平板池窑
横焰流液洞 池窑 马蹄焰流液 洞池窑
700～815 930～ 1280
800～1000
810～ 1160 580～930
2000～2300
马蹄焰池窑: 长度：保证玻璃充分熔化和澄清，与火焰燃
烧配合。 宽度：火焰扩散范围，小炉宽、中墙宽和小
炉与胸墙间距来定。 燃油池窑长宽比受油枪形式而变化。 国外马蹄焰窑偏小（日本东洋公司1.42）。
2）池深：同玻璃液质量关系很大。池深须 使窑内不形成不动层。
①池深影响窑容量，即窑内停留时间。停留 1.5~2天。
1）形成玻璃液需要的热量Q玻；
Q玻=q玻G玻 G玻为每小时熔化的玻璃液量，kg/h 2）回流玻璃液带给配合料的热量Q回： Q回=u Q玻 u 为系数，0.1~0.15 3）熔化带火焰传给料面的净热量Q料净：
Q料净=q料净·mF溶带 m 为配合料覆盖系数，0.4~0.6
Q玻 - Q回= Q玻- uQ玻= q料净·mF溶带 F溶带=（（1-u）Q玻）/mq料净
600
1.5
800
2.0
1000
2.5
1300
3.0
1500
3.5
1700
4.0
大碹的水平与垂直分力，加上本身重量会产 生松散，下沉，高温时愈剧。
碹股越大，横向推力越小，半圆碹具有最小 的横推力。
胸墙高度决定着火焰空间容积，须有一定的 容积用于燃料完全燃烧。
V火过小，燃烧不完全，温度较低。 V火过大，散热大，燃耗增多。
B、流液洞的形式
1）平底式。减少工作部的回流，提高玻璃 液的温度均匀性。
2）下沉式。对玻璃液的选择作用、冷却作 用好，减少回流。
3）下沉和浅工作池式。
4）上抬式。减弱玻璃液的冷却作用，防止 死料进入工作池。
5）延伸式。增强玻璃液的冷却作用，减轻 侧壁砖的侵蚀。
流液洞的形式
C、几何尺寸：希望为长方形。 1）宽度：控制玻璃液的均匀性。 越宽越均匀。一般中小型池窑250~500mm，
②确定因素：玻璃颜色、玻液粘度、熔化率、 制品质量、燃料种类、池底砖质量、池底 保温和新技术采用（鼓泡、电助熔）等。
池深h可按近似公式计算
h=0.4+0.5lgV V——熔化池容积，m3 池壁砖的排列，有上下层，也有整块砖，全保温
池窑以整块砖排列。具体结构为：
300mmAZS33QX—H + 30mm锆质捣打料 +115mmLZ-55（NZ—40）+100mm硅钙板
（1）作用：对玻璃液冷却、均化和分配。 A、冷却玻璃液；与流液洞起一半降温作用 B、稳定玻璃液温度和成分； C、玻璃液继续澄清和均化； D、可吸收一部分再生气泡； E、改善熔化池的循环对流； F、稳定玻璃液面，并均匀分配给供料道。
（2）结构参数确定 池深：逐步变浅，提高垂直方向温度均匀性
和减少回流。比熔化池浅300mm。颜色玻 璃可浅0.4~0.6m。 面积：取决于窑炉的温度制度和出料量。 1）温度制度：冷却程度大，则面积大。 2）出料量：出料大，冷却程度大，面积大。