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沸腾炉的设计4 沸腾炉的设计-设计内容之四 第四章沸腾炉热量的平衡计算 (一) 热收入 1. 精矿带入的物理热 Q1=c1m1t1c1=0.18千卡/公斤·度； m1=106.3公斤；t1= 20 故Q1=0.18×105.485×20=379.746千卡 2. 空气带入的物理热 Q2= c2V2t2c2=0.31千卡/标米3·度， V2=189米3；t2=20 Q2=189×0.31×20=1171.8千卡 3.放热反应产生的热 (1) ZnS +1.502 = Zn0 + SO2+ 105630千卡= 75690.254千卡 (2) ZnS+202 = ZnSO4+ 185000千卡=8354.802千卡 (3) PbS +1.502 = Pb0+SO2 + 100490千卡=368.283千卡 (4) PbS+202 = PbSO4+ 196800千卡= 721.773千卡 (5) CdS+1.502 = Cd0+SO2 + 98880千卡=131千卡 (6) CdS+202= CdS04 + 187700千卡=252干卡 （7）FeS2 = FeS +0.5S2 - 43500千卡 119.8 87.8 32 6.885 5.046 1.839 = -2499.98千卡 其中生成FeS 5.046公斤；S 1.839公斤。 （8）Fe7S8 = 7FeS+ 0.5S2 +0千卡 646.95 614.95 32 6.905 6.563 0.342 其中生成FeS 6.563公斤；S 0.342公斤。 （9）2FeS+3.5O2 = Fe2O3+2SO2 +293010千卡 =19371.031千卡 （10）2CuFeS2+6O2= CuO+Fe2O3+4SO2 + 481100千卡 =3668.584千卡 （11）0.5S2+1.5O2 = SO3+109440千卡 千卡 （SO3的质量为3.81公斤，消耗S 1.524公斤） （12）0.5S2+O2= SO2 + 71104千卡 千卡 Q3=75690.254+8354.802+368.283+721.773+252+1459.854+19371.031+ 5212.08-2499.98+3668.584=112598.681千卡 热收入=Q1+Q2+Q3= 379.746+1171.8+112598.681=114150.227千卡(二)热支出 1烟尘带走的热 设从沸腾炉出来的烟尘温度为900，其比热为0.20千卡/公斤，度。则Q尘= 36.308×900×0.2=6535.44千卡 2.焙砂带走的热 设焙砂温度为850，比热为0.20千卡/公斤·度。 则Q焙=51.633×850×0.2=8777.61千卡 3.炉气带走的热 设炉气出炉温度为900 ,炉气各组份比热为(千卡/米3·度) O2 N2 H2O SO2SO3 0.350 0.333 0.403 0.529 0.771 则Q炉气=(4.52×0.350+150.30×0.333+20.27×0.529+1.07×0.771)×900 +6.83×0.403×(900-100)=59063.722千卡 4锌精矿中水份蒸发带走热 Q蒸=G水(t100-t水)C水+G水r 式中: G水锌精矿中水分的重量，公斤； t水锌精矿中水分的温度，； C水水的比热，千卡/公斤·度； r水的汽化热，千卡/公斤。 故Q蒸=5.485×(100-20)×1 + 5.485×539 = 3395.215千卡 5. 通过炉壁和炉顶散热所损失的热 Q散= qF(6-2-12) 式中: q每小时经过每平方米炉壁及炉顶的热损失，千卡/米2·小时； F沸腾炉炉壁及炉顶的总面积，米2； 处理105.485公斤精矿所需的时间，小时。 (1)先确定q q=K(t内壁-t空气) ，kcal/m2·h K=1/(+ )，kcal/m2·h· 炉壁： 炉子内衬粘土砖厚345毫米，填料20毫米，钢板外壳10毫米，炉壁内表面温度870,炉壳外表面温度为119. 传热系热(千卡/米2·小时·度): 粘土砖0.6+0.00055×t均= 0.6+0.00055×（）=0.945千卡/米2·小时·度； 填料0.1千卡/米2·小时·度； 铁壳39千卡/米2·小时·度。 故传导传热热阻= + + =0.565m2··h·kcal-1 炉外壁对空气的对流给热系数 对=C(t外壁-t空气) 0.25=2.2×（119-20）0.25=6.940 kcal·h· 式中：C垂直面系数取2.2 炉外壁对空气的辐射给热系数 辐=外壁·C。·=0.6×4.88×1.641=4.805kcal·h· 式中：外壁炉外壁黑度（0.40.8）取0.6 C。黑体辐射系数4.88 kcal·h··K4 温度函数。 = = =1.641 K4 炉外壁对空气的总给热系数 总=对+辐=6.940+4.805=11.745 kcal·h· 炉内壁空气的（综合）传热系数 K垂直=1/(+ )=1/(0.565+ )=1.531kcal/m2·h· 故q垂直=K垂直(t内壁-t空气)=1.531×（870-20）=1301.35kcal/m2·h 炉顶: 粘土砖厚250毫米;炉顶外侧温度：163 故传导传热热阻= =0.283 m2··h·kcal-1 炉顶外壳对空气的对流给热系数 对=C(t外壳-t空气) 0.25=2.8×（163-20）0.25=9.683 kcal·h· 式中：C水平面系数取2.8 炉顶外壳对空气的辐射给热系数 辐=外壳·C。·=0.6×4.88×2.012=5.891kcal·h· 式中：外壳炉外壁黑度（0.40.8）取0.6 C。黑体辐射系数4.88 kcal·h··K4 温度函数。 = = =2.012 K4 炉顶外壳对空气的总给热系数 总=对+辐=9.683+5.891=15.574kcal·h· 炉内壁空气的（综合）传热系数 K水平=1/(+ )=1/(0.283+ )=2.880kcal/m2·h· 故q水平=K水平(t内壁-t空气)=2.880×（870-20）=2448 kcal/m2·h (2)计算F总 拱顶侧面积：M顶=2·R·h R= = =8.68m h=R·1-cos(/2)=8.68×（1-cos30°）=1.163m M顶=2×8.68×1.163=63.248 式中：B拱顶跨度B=D膛=8.68m 拱顶中心角=60° R拱顶内半径 h拱顶高 锥台侧面积：M侧=（R+r）· =3.1416×（4.34+3.1）×=84.744 M H3: M H3=·D膛·H3=3.1416×8.68×6.371=173.731 M H1: M H1=·D床·H3=3.1416×6.2×1.3=25.321 F水平总= M顶=63.428 F垂直总= M侧+ M H3+ M H1=84.744+173.731+25.321=283.796 (3)确定: = =0.0115小时 故Q散水平= q水平·F水平总·=2448×63.428×0.01151785.625 kcal Q散垂直= q垂直·F垂直总·=1301.35×283.796×0.0115=4247.156 kcal 则Q散= Q散水平+ Q散垂直=1785.625 +4247.156=6032.781 kcal 6其它热损失 其它热损失指通过溢流口，清理孔等的散热损失，取占热总收入的0.16%。 Q损(其它)=114150.227×0.16= 182.64kcal Q损=Q散+Q损(其它)= 6032.781+182.64=6860.518 kcal Q支出=Q尘+Q焙+Q炉气 +Q蒸=6535.44+8777.61+59063.722+3395.215+6860.518 =83987.408kcal 7过剩热量 Q剩= Q收入- Q支出=114150.227-83987.408=30162.819 kcal 从计算结果知，锌精矿沸腾焙烧过程中的热量大大地过剩。 (三) 热平衡表的编制以及沸腾炉热平衡的桑基图 根据计算结果，编制热平衡表如附表6所示。 从热平衡可以看出:由废气带走的热占51.742，需要用冷却水箱排除，过剩热占26.424%，两者共占热收入的78.166。因此设计中必须充分利用二次能源以达到节能的目的。 锌精矿沸腾炉热平衡的桑基图如下图： 反应产生的热98.64% 空气带入物理热 1.027% 精矿带入物理热0.333% 过剩热26.424% 烟尘带走的热量 5.725% 沸腾炉： 水分蒸发热 2.974% 废气带走的热量51.742% 经过炉壁和炉顶的散热 5.285% 焙砂带走的热量7.690% 其他热损失0.160% 锌精矿沸腾炉热平衡的桑基图