沸腾焙烧炉设计相关计算

沸腾焙烧炉设计目录第一章设计概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。设计依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。设计原则和指导思想⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。课程设计任务⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。第二章工艺流程的选择与论证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。原料组成及特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。沸腾焙烧工艺及主要设备的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1第三章物料衡算及热平衡计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。锌精矿流态化焙烧物料平衡计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。锌精矿硫态化焙烧冶金计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。烟尘产出率及其化学和物相组成计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。焙砂产出率及其化学与物相组成计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。热平衡计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。热收入⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。热支出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。第四章沸腾焙烧炉的选型计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。床面积⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。前室面积⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。炉膛面积和直径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 13炉膛高度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。气体分布板及风帽⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。气体分布板孔眼率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。风帽⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。沸腾冷却层面积⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯错误!未指定书签。水套中循环水的消耗量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14风箱容积⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15加料管面积⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15溢流排料口⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15排烟口面积⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 15第一章 设计概述设计依据根据《冶金工程专业课程设计指导书》 。设计原则和指导思想对设计的总要求是技术先进;工艺上可行;经济上合理，所以,设计应遵循的原则和指导思想为：1、遵守国家法律、法规，执行行业设计有关标准、规范和规定，严格把关，精心设计；2、设计中对主要工艺流程进行多方案比较，以确定最佳方案；3、设计中应充分采用各项国内外成熟技术，因某种原因暂时不上的新技术要预留充分的可能性。所采用的新工艺、新设备、新材料必须遵循经过工业性试验或通过技术鉴定的原则；4、要按照国家有关劳动安全工业卫生及消防的标准及行业设计规定进行设计；5、在学习、总结国内外有关厂家的生产经验的基础上，移动试用可行的先进技术；6、设计中应充分考虑节约能源、节约用地，实行自愿的综合利用，改善劳动条件以及保护生态环境。毕业设计任务一、沸腾焙烧炉专题概述二、沸腾焙烧三、沸腾焙烧热平衡计算四、主要设备（沸腾炉和鼓风炉）设计计算五、沸腾炉主要经济技术指标第二章 工艺流程的选择与论证原料组成及特点本次设计处理的原料锌精矿成分如下表所示。D组锌精矿的化学成分化学成分 Zn Pb Cu Cd Fe S CaCO3MgCO3SiO2 其他wB(%)沸腾焙烧工艺及主要设备的选择金属锌的生产，无论是用火法还是湿法，90%以上都是以硫化锌精矿为原料。硫化锌不能被廉价的、最容易获得的碳质还原剂还原，也不容易被廉价的，并且在浸出—电积湿法炼锌生产流程中可以再生的硫酸稀溶液（废电解液）所浸出，因此对硫化锌精矿氧化焙烧使之转变成氧化锌是很有必要的。焙烧就是通常采用的完成化合物形态转变的化学过程，是冶炼前对矿石或精矿进行预处理的一种高温作业。硫化物的焙烧过程是一个发生气固反应的过程，将大量的空气（或富氧空气）通入硫化矿物料层，在高温下发生反应，氧与硫化物中的硫化合产生气体SO2，有价金属则变成为氧化物或硫酸盐。同时去掉砷、锑等杂质，硫生成二氧化硫进入烟气，作为制硫酸的原料。焙烧过程得到的固体产物就被称为焙砂或焙烧矿。焙烧过程是复杂的，生成的产物不尽一致，可能有多种化合物并存。一般来说，硫化物的氧化反应主要有：1）硫化物氧化生成硫酸盐MeS+2O 2=MeSO42）硫化物氧化生成氧化物MeS+O2=MeO+SO23）金属硫化物直接氧化生成金属MeS+2O 2=MeO+SO24）硫酸盐离解MeSO4=MeO+SO3SO 3=SO2+ O2此外，在硫化锌精矿中，通常还有多种化合价的金属硫化物，其高价硫化物的离解压一般都比较高，故极不稳定，焙烧时高价态硫化物离解成低价态的硫化物，然后再继续进行其焙烧氧化反应过程。在焙烧过程中，精矿中某种金属硫化物和它的硫酸盐在焙烧条件下都是不稳定的化合物时，也可能相互反应，如：FeS+3FeSO4=4FeO+4SO2由上述各种反应可知，锌精矿中各种金属硫化物焙烧的主要产物是MeO、MeSO以及SO、SO和O。此外还可能有MeO·FeO，MeO·SiO42等。32232沸腾焙烧炉炉体（下图）为钢壳内衬保温砖再衬耐火砖构成。为防止冷凝酸腐蚀，钢壳外面有保温层。炉子的最下部是风室，设有空气进口管，其上是空气分布板。空气分布板上是耐火混凝土炉床，埋设有许多侧面开小孔的风帽。炉膛中部为向上扩大的圆锥体，上部焙烧空间的截面积比沸腾层的截面积大，以减少固体粒子吹出。沸腾层中装有的冷却管，炉体还设有加料口、矿渣溢流口、炉气出口、二次空气进口、点火口等接管。炉顶有防爆孔。操作指标和条件主要有焙烧强度、沸腾层高度、沸腾层温度、炉气成分等。①焙烧强度习惯上以单位沸腾层截面积一日处理含硫35％矿石的吨数计算。焙烧强度与沸腾层操作气速成正比。气速是沸腾层中固体粒子大小的函数，一般在1～3m/s范围内。一般浮选矿的焙烧强度为15～20t/(md)；对于通过3×3mm的筛孔的破碎块矿，焙烧强度为30t/(md)。②沸腾层高度即炉内排渣溢流堰离风帽的高度，一般为～。③沸腾层温度随硫化矿物、焙烧方法等不同而异。例如:锌精矿氧化焙烧为1070～1100℃,而硫酸化焙烧为900～930℃；硫铁矿的氧化焙烧温度为850～950℃。④炉气成分硫铁矿氧化焙烧时，炉气中二氧化硫13％～％，三氧化硫≤％。硫酸化焙烧,空气过剩系数大，故炉气中二氧化硫浓度低而三氧化硫含量增加。特点:①焙烧强度高；②矿渣残硫低；③可以焙烧低品位矿；④炉气中二氧化硫浓度高、三氧化硫含量少；⑤可以较多地回收热能产生中压蒸汽，焙烧过程产生的蒸汽通常有35％～45％是通过沸腾层中的冷却管获得；⑥炉床温度均匀；⑦结构简单，无转动部件，且投资省，维修费用少；⑧操作人员少，自动化程度高，操作费用低；⑨开车迅速而方便，停车引起的空气污染少。但沸腾炉炉气带矿尘较多，空气鼓风机动力消耗较大。第三章 物料衡算及热平衡计算锌精矿流态化焙烧物料平衡计算锌精矿硫态化焙烧冶金计算根据精矿的物相组成分析，精矿中各元素呈下列化合物形态 Zn、Cd、Pb、Cu、Fe分别呈ZnS、CdS、PbS、CuFeS2、Fe7S8 FeS2；脉石中的Ca、Mg、Si分别呈CaCO3、MgCO3、SiO2形态存在。以100kg锌精矿（干量）进行计算。量：47.6797.4其中：kgS：kg65.470.99kgZn量：0.18144.40.23kg其中Cd：kgS：kg112.4量：3.58239.24.13kg其中：Pb：kgS：kg207.24.CuFeS2量：0.24183.350.69kg其中：Cu：kgFe：kgS：kg63.55.FeS2和Fe7S8量：除去CuFeS2中Fe的含量，余下的Fe为5.58-0.215.37kg，除去、ZnSCdS、PbS、CuFeS2中S的含量，余下的S量为28.94(23.320.050.550.24)4.78Kg。此S量全部分布在FeS2和Fe7S8中，设FeS2中Fe为xkg，S量为ykg，则FeS2xy55.85322解得：x=kg，y=kg5.37x4.78yFe7S855.857328即FeS2中：Fe=kg、S=kg、FeS2=kg。Fe7S8中：Fe：kgS：kgFe7S8：kg6.CaCO3量：kg其中：kgCO2：kgCaO7.MgCO3量：kg其中：kgCO2：kgMgO表3-1混合精矿物相组成，kg组成 Zn Cd Pb Cu Fe S CaOMgO SiO2 其他 共计ZnSCdSPbSCuFeS2FeS2Fe7S8CaCO3MgCO3SiO2其他共计烟尘产出率及其化学和物相组成计算焙烧矿产出率一般为锌精矿的88%，烟尘产出率取50%，则烟尘量为：44公斤。镉60%进入烟尘，锌48%进入烟尘，其它组分在烟尘中的分配率假定为50%，空气过剩系数。烟尘产出率及烟尘物相组成计算：Zn 47.67 0.48 22.882kgCd 0.18 0.60 0.108kgPb 3.58 0.50 1.79kgCu 0.24 0.50 0.12kgFe 5.58 0.50 2.79kgCaO 0.89 0.50 0.445kgMgO0.68 0.50 0.34kgSs xkgSSO4 xkg其他 3.98 0.50 1.99kg各组分化合物进入烟尘的数量为：量：0.76197.42.316kg其中：ZnkgSkg322.ZnSO4量：0.942161.44.751kg其中：ZnkgSkgOkg323．ZnOFeO量：烟尘中Fe先生成FeO，其量为：2.79159.73.989kg，FeO有13与2323111.723ZnO结合成ZnOFe2O3，其量为：3.98911.33kg。3ZnOFe2O3量为1.33241.12.008kg其中：ZnkgFekgOkg159.7余下的Fe2O3的量：kg其中：FekgOkg量：Zn（++）=kgZnO18.86181.423.48kgO量：0.108128.40.123kg其中：Cd65.4112.4kgOkg量：0.1279.50.15kg其中：CukgOkg63.57.1.79223.2其中：PbkgOkgPbOSiO2量：PbO1.928kg207.2与PbO结合的SiO2量：1.928600.518kg223.2剩余的SiO2量：kg表3-2烟尘产出率及其化学和物相组成， kg组成 ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共计ZnSZnSO4ZnOZnO˙Fe2O3Fe2O3CdOCuOPbO˙SiO2CaOMgOSiO2其他共计%焙砂产出率及其化学与物相组成计算焙砂中SSO4取%，SS取%，SSO4和SS全部与Zn结合；PbO与SiO2结合成PbO˙SiO2；其他金属以氧化物形态存在。SSO4

kg,SS1.ZnSO4量：0.484161.42.441kg32其中：ZnO量：0.17697.40.536kg32其中：ZnkgSkg3.ZnOFe2O3量：焙砂中Fe先生成Fe2O3，其量为2.79159.73.989kg，Fe2O3与111.7有40%ZnO结合成ZnOFe2O3，其量为3.9890.41.596kg。ZnOFe2O3量：1.596241.12.409kg159.7其中：ZnkgFekgOkg余下的Fe2O3量：3.9891.5962.393kg其中：FekgOkg量：Zn24.788(0.9890.360.649)22.79kgZnO22.7981.428.365kg65.4Okg量：0.072128.40.082kg112.4其中：CdkgOkg以上计算结果列于下表表3-3焙砂的物相组成，kg组成ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共计ZnSZnOZnO˙Fe2O3Fe2O3CdOCuOPbO˙SiO2CaOMgOSiO2其他共计%4．47焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算焙烧矿脱硫率计算精矿中S量为kg，焙砂和烟尘中的 S量为+++=，焙烧脱硫量为：出炉烟气计算：假定95%的S生成SO2，的S生成SO3，则：5%生成SO2需要的O2量为：SO2SO2生成SO3需要的O2量为：S3SO3O22烟尘和焙砂中，氧化物和硫酸盐的含氧量为kg，则100kg锌精矿（干量）焙烧需理论氧量为：空气中氧的质量百分比为 23%，则需理论空气量为：过剩空气系数可取～，本文取，则实际需要空气量为：空气中各组分的质量百分比为 N277%，O223%，鼓入kg空气，其中：标准状况下，空气密度为 kgm3，实际需要空气之体积为：焙烧炉排出烟量和组成焙烧过程中产出过剩的O2量：56.17844.93211.246kg鼓入空气带入的N2量：188.073kgCaCO3和MgCO3分解产CO2量：+=kg锌精矿及空气带入水分产生的水蒸汽量：进入焙烧矿的锌精矿含水取8%，100Kg干精矿带入水分为8100%8.696kg。1008空气带入水分量计算赤峰地区气象资料：大气压力88650Pa，相对湿度77%，年平均气温5C，换算成此条件下空气需要量为：空气的饱和含水量为kgm3，带入水分量为：带入水分总量为：8.6962.74311.439kg或11.43922.414.235m318以上计算结果列于下表表3-5烟气量和组成组成质量kg体积m3体积比%组成质量kg体积m3体积比%共计100按以上计算结果编制的物料平衡表如下：（未计机械损失）沸腾焙烧物料平衡表加入产出名称质量，kg百分比，%名称质量，kg百分比，%干锌精矿100烟尘精矿中水分焙砂12．56干空气烟气空气中水分共计共计热平衡计算热收入进入流态化焙烧炉热量包括反应热及精矿、空气和水分带入热量等。硫化锌按下式反应氧化放出热量Q1ZnS+11O=ZnO+SO+105930千卡222生成ZnO的ZnS量：18.8610.54122.790.64997.463.803kg65.410593063.803Q1= 69390.68千卡2.硫化锌按下式反应生成硫酸盐氧化放出热量 O2ZnS+2O=ZnSO+185050千卡2 4生成ZnSO的ZnS量:1.9250.98997.44.34kg465.4Q2=1850504.348246千卡97.4和Fe2O3按下式反应生成23放出的热量Q3:ZnO+Fe2O3=23+27300千卡生成23的ZnO量273001.481Q3= 496.699千卡2按下式反应氧化放出热量 Q44FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2+790600千卡7906005.52Q4= 9103.279千卡按下式反应氧化放出热量 Q512FeS+3 O2=Fe2O3+2SO2+293010千卡Fe7S8分解得到FeS量：2.81.8374.401kg8CuFeS2分解得到FeS量:0.240.2110.345kg2得到的FeS总量为：+=.Q5=2930104.7467914.772千卡287.852和Fe7S8分解得到硫燃烧放出热量 Q61CuFeS2=Cu2S+FeS+S2分解出S量：0.69 32 0.06kg366.81Fe7S8=7FeS+S24.3632分解出S量： 0.215kgkg硫燃烧放出的热量为2222千卡则：Q6=

0.06

0.215

2222

611.05千卡按下式反应放出热量

Q7PbS+1

12

O2

=PbO+SO+100690千卡2PbS+SiO2=PbO˙SiO2+2030千卡1006904.13生成PbO放出热量： 1738.502千卡˙量：生成PbOSiO2生成PbOSiO2放出热量：20304.89235.054千卡˙283.3Q7=+=千卡按下式反应放出热量 Q8CdS+1O=CdO+SO+98800千卡222生成CdO的CdS量：0.18144.40.231kg112.4Q8=988000.231158.053千卡144.42按下式反应氧化放出热量 Q9Cu2S+2O2=2CuO+SO2+127470千卡生成CuO的Cu2S量：0.23159.10.288kg127.1127470 0.288Q9= 230.744千卡锌精矿带入热量Q10进入流态化焙烧炉的精矿温度为40C,精矿比热取千卡kgCQ10=100 40 0.2 800千卡空气带入热量为Q11空气比热取千卡3C,空气温度为20C,mQ11=219.86200.3161389.5千卡12.入炉精矿含水分kg,水分比热取千卡，100kg精矿中的水分带入热量QkgC128.696401.0350千卡Q=热量总收入：Q总收入=Q1+O2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10+Q11+Q12=69390+8246++++++++800++350=100464千卡热支出烟气带走量为Q烟炉顶烟气9000)：C,各比分比热为(千卡m3CSO2SO3CO2N2O2H2O烟尘带走的热量为Q烟尘由炉中出来的烟尘温度为900C，其比热为千卡kgCQ烟尘=×900×=7848千卡焙砂带走的热量为Q焙由炉中出来的焙沙温度为850C，其比热为千卡kgCQ焙=×900×=千卡锌精矿中水分蒸发带走热量为Q蒸Q蒸=G水t水C水+G水VQ蒸=8.696 40 1 8.696 575 5350千卡精矿中碳酸盐分解吸收的热量为Q分ⅠCaCO3分解吸热378千卡kg,MgCO3分解吸热314千卡kgQ分Ⅰ=3781.583141.431046.26千卡2和Fe7S8分解吸收的热量为 Q分ⅡQ分Ⅱ=0.21 2.8 222 668.22千卡通过炉顶和炉壁的散失热量为Q散为简化计算，按生产实践，散热损失均为热收入的～ %，取%Q散=总吸收千卡%==剩余热量为Q剩Q剩=Q总吸收-（Q烟+Q烟尘+Q焙+Q蒸+Q分Ⅰ+Q分Ⅱ+Q散）=100464- （+7848++5350+++）千卡计算结果列于下表表3-6锌精矿流态化焙烧热平衡热收入项目焙烧反应热ZnS氧化成ZnOZnS氧化成ZnSO4ZnO和Fe2O3反应生成ZnO˙Fe2O3FeS2氧化成Fe2O3FeS氧化成Fe2O3分解硫燃烧PbS生成PbO˙SiO2CdS氧化成CdOCu2O氧化成CuO精矿带入热空气带入热水分带入热共计

热支出千卡％项目千卡％烟气带走热烟尘带走热78488246焙沙带走热水分蒸发带走热5350碳酸盐分解CuFeS2和Fe7S8分解炉顶及炉壁散热剩余热800350100464共计100464第四章 沸腾焙烧炉的选型计算床面积床面积按每日需要焙烧的干精矿量依据同类工厂先进的床能率选取。计算式为：a=86400W操作/米2日）W操作=米/秒V(1t层）?a=864000.5=（吨/米2?日）则床能率取（吨/米2?日）1880.73（1900）27360000A= =（吨/日）330*0.94*0.4767则FA405.7673.8m2a5.5前室面积一般为～2m2.这里取2m2.沸腾层高度据生产经验为 H层=1（米）炉膛面积和直径V 烟—每吨物料产生的烟气量 m3/Tt 膛—炉膛温度，锌精矿焙烧温度为 900oCW 膛-炉膛空间烟气流速， m/s;根据实践锌精矿焙烧为± X，可取一定定值（）炉腹角ф取20。炉膛高度炉膛有效高度：指溢流口下沿至排烟口中心线的高度，可按照经验公式估算炉膛空间容积：V膛=（10-12）F床 V 膛=扩大型炉子炉膛高度的计算方法：未扩大直筒部分H1，根据操作和安装方便而定，一般取m。扩大部分高度H2