沸腾炉的设计 年产6万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计.docx

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1、沸腾炉的设计 年产6万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计 沸腾焙烧炉设计 题目年产6万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计专业冶金工程 班级冶金093 姓名华仔 学号31 指导教师万林生 目录 第一章设计概述 (1) 1.1设计依据 (1) 1.2设计原则和指导思想 (1) 1.3毕业设计任务 (1) 第二章工艺流程的选择与论证 (1) 2.1原料组成及特点 (1) 2.2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 (3) 3.1锌精矿流态化焙烧物料平衡计算 (3) 3.1.1锌精矿硫态化焙烧冶金计算 (3) 3.1.2烟尘产出率及其化学和物相组成计算 (4) 3.1.3焙砂产出率及其化学与物相组

2、成计算 (6) 3.1.4焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算 (7) 3.2热平衡计算 (9) 3.2.1热收入 (9) 3.2.2热支出 (11) 第四章沸腾焙烧炉的选型计算 (13) 4.1床面积 (13) 4.2前室面积 (13) 4.3炉膛面积和直径 (13) 4.4炉膛高度 (14) 4.5气体分布板及风帽 (14) 4.5.1气体分布板孔眼率 (14) 4.5.2风帽 (14) 4.6沸腾冷却层面积 (14) 4.7水套中循环水的消耗量 (14) 4.8风箱容积 (15) 4.9加料管面积 (15) 4.10溢流排料口 (15) 4.11排烟口面积 (15) 参考文献 (15

3、) - I - 第一章设计概述 1.1设计依据 根据冶金工程专业课程设计指导书。 1.2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

4、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。 1.3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 2.1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。 2.2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

5、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SO 2 ，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 + 2 O

6、 2 = MeSO 4 2）硫化物氧化生成氧化物 MeS + 1.5 O 2 = MeO + SO 2 3）金属硫化物直接氧化生成金属 MeS + 2 O 2 = MeO + SO 2 4）硫酸盐离解 MeSO 4 = MeO + SO 3 SO 3 = SO 2 + 0.5 O 2 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 + 3FeSO 4 = 4F

7、eO + 4SO 2 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 4以及SO 2 、 SO 3和O 2 。此外还可能有MeOFe 2 O 3 ，MeOSiO 2 等。 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

8、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。 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 13m/s 范围内。一般浮选矿的焙烧强度为1520t/(d m ?)；对于通过33mm 的筛孔的破碎块矿，焙烧强度为30t/(d m ?)。 沸腾层高度 即炉内排渣溢流堰离风帽的高度，一般为0.91.5m 。 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900930；硫铁矿的氧化焙烧温度为850950。 炉气成分 硫铁矿氧化焙烧时，炉气

9、中二氧化硫1313.5，三氧化硫0.1。 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:焙烧强度高；矿渣残硫低；可以焙烧低品位矿；炉气中二氧化硫浓度高、三氧化硫含量少；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3545是通过沸腾层中的冷却管获得；炉床温度均匀；结构简单，无转动部件，且投资省，维修费用少；操作人员少，自动化程度高，操作费用低；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 3.1锌精矿流态化焙烧物料平衡计算 3.1.1锌精矿硫态化焙烧冶金计算 根据精矿的物相组成分析

10、，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 、2CuFeS 、87S Fe 2FeS ；脉石中的Ca 、Mg 、Si 分别呈3CaCO 、3MgCO 、2SiO 形态存在。 以100kg 锌精矿（干量）进行计算。 1.ZnS 量 ： kg 02.744.654 .977.49=? 其中Zn ：49.7kg S ：24.32kg 2.CdS 量：kg 28.04.1124 .14422.0=? 其中 Cd ：0.22kg S ：0.06kg 3.PbS 量：kg 60.12 .2072 .23939.1=? 其中：Pb ：1.39kg S

11、 ：0.21kg 4.2CuFeS 量：kg 81.05 .6335 .18328.0=? 其中：Cu ：0.28kg Fe ：0.25kg S ：0.28kg 5. 2FeS 和87S Fe 量：除去2CuFeS 中Fe 的含量，余下的Fe 为8.22kg 0.25-8.47=，除去ZnS 、CdS 、PbS 、2CuFeS 中S 的含量，余下的S 量为Kg 74.5)28.021.00 6.032.24(61.30=+-。此S 量全部分布在2FeS 和87S Fe 中，设2FeS 中Fe 为x kg ，S 量为y kg ，则 872S Fe FeS ? ?-= ?-?= 83274.57

12、85.5522.82 3285.55y x y x 解得：x =0.72kg ，y =0.83kg 即2FeS 中：Fe=0.72kg 、S=0.83kg 、2FeS =1.55kg 。 87S Fe 中：Fe ：8.22-0.72=7.5kg S ：5.74-0.83=4.91kg 87S Fe ：12.41kg 6. 3CaCO 量： kg 87.11.561 .10005.1=? 其中CaO ：1.05kg 2CO ：0.82kg 7. 3MgCO 量：kg 75.03 .403 .8436.0=? 其中MgO ：0.36kg 2CO ：0.39kg 表3-1 混合精矿物相组成，kg 3

13、.1.2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 1.25。 烟尘产出率及烟尘物相组成计算： Zn kg 856.2348.007.49=? Cd kg 132.060.022.0=? Pb kg 695.050.039.1=? Cu kg 14.050.028.0=? Fe kg 235.450.047.8=? CaO kg 525.0.050.005.1=? MgO kg 18.050.036.0=? 2SiO kg 605.250.0

14、21.5=? s S 0.761x kg 4SO S 0.942x kg 其他 kg 355.150.071.2=? 各组分化合物进入烟尘的数量为： 1.ZnS 量：xkg 316.232 4 .97761.0=? 其中：Zn 1.555kg S 0.761kg 2.4ZnSO 量：kg 751.432 4 .161942.0=? 其中：Zn 1.925kg S 0.942kg O 1.884kg 332O Fe ZnO ?量：烟尘中Fe 先生成32O Fe ，其量为：kg 055.67 .1117 .159235.4=?，32O Fe 有3 1与ZnO 结合成32O Fe ZnO ?，其量为

15、：kg 018.23 1 055.6=?。 32O Fe ZnO ?量为kg 046.37.1591 .241018.2=? 其中：Zn 0.82kg Fe 1.411kg O 0.815kg 余下的32O Fe 的量：6.055-2.018=4.037kg 其中：Fe 2.824 kg O 1.213kg 4.ZnO 量：Zn 23.856-（1.555+1.925+0.82）=19.556kg ZnO kg 34.244 .654 .81556.19=? O 24.34-19.556=4.784kg 5.CdO 量：kg 151.04 .1124 .128132.0=? 其中：Cd 0.1

16、32kg O 0.019kg 6.CuO 量： kg 175.0.05 .635 .7914.0=? 其中：Cu 0.14kg O 0.035kg 7.2SiO PbO ?量：PbO ，kg 749.02.2072 .223695.0=? 其中：Pb 0.695kg O 0.054kg 与PbO 结合的2SiO 量：kg 201.0.02 .22360 749.0=? 剩余的2SiO 量：2.605-0.201=2.404kg 表3-2烟尘产出率及其化学和物相组成，kg 3.1.3焙砂产出率及其化学与物相组成计算 焙砂中S SO4取1.10%，S S 取0.4%，S SO4和S S 全部与Zn

17、 结合；PbO 与SiO 2结合成 PbO SiO 2；其他金属以氧化物形态存在。 各组分化合物进入焙砂中的数量为：4SO S 量：0.484kg ,S S 量：0.176kg 1.4ZnSO 量： kg 441.232 4 .161484.0=? 其中：Zn 0.989Kg O 0.968Kg 2.ZnS 量：kg 536.032 4 .97176.0=? 其中：Zn 0.36kg S 0.176kg 3.32O Fe ZnO ?量：焙砂中Fe 先生成32O Fe ，其量为 kg 055.67 .1117 .159235.4=?，32O Fe 有40%与 ZnO 结合成32O Fe ZnO

18、?，其量为kg 422.24.0055.6=?。 32O Fe ZnO ?量： kg 66.37 .1591 .241422.2=? 其中：Zn 0.99kg Fe 1.7kg O 0.97kg 余下的32O Fe 量：kg 633.3422.2055.6=- 其中：Fe 2.535kg O1.098kg 4.ZnO 量：Zn kg 50 5.23)99.03 6.0989.0(844.25=+- ZnO kg 26.294 .654 .81505.23=? 5.CdO 量：kg 1.04 .1124 .128088.0=? 其中：Cd 0.088kg O 0.012kg 以上计算结果列于下表

19、 表3-3焙砂的物相组成，kg 3.1.4焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算 3.1. 4.1焙烧矿脱硫率计算 精矿中S 量为32.00kg ，焙砂和烟尘中的S 量为0.176+0.761+0.484+0.942=2.363kg ，焙烧脱硫量为：30.61-2.363=28.247kg 出炉烟气计算 假定95%的S 生成2SO ，5%的S 生成3SO ，则： 生成2SO 需要的2O 量为：22SO O S =+ kg 834.2632 32 95.0247.28=? ? 生成3SO 需要的2O 量为：322 3 SO O S =+ kg 119.232 48 05.0247.28=? 烟

20、尘和焙砂中，氧化物和硫酸盐的含氧量为17.691kg ，则100kg 锌精矿（干量）焙烧需理论氧量为： kg 644.46691.17119.2834.26=+ 空气中氧的质量百分比为23%，则需理论空气量为： kg 8.20223 100 644.46=? 过剩空气系数可取1.251.30，本文取1.25，则实际需要空气量为： kg 253.51.25202.8=? 空气中各组分的质量百分比为2N 77%，2O 23%，鼓入267.419kg 空气，其中： 2N kg 195.195%775.253=? 2O kg 305.58%235.253=? 标准状况下，空气密度为1.2933m kg

21、 ，实际需要空气之体积为： kg 056.196293 .15 .253= 空气中，2N 和2O 的体积百分比为79%、21%,则： 2N kg 844.154%79056.196=? 2O kg 172.41%21056.196=? 3.1.4.2焙烧炉排出烟量和组成 1.焙烧过程中产出 2SO kg 669.533264 %95247.28=? 3SO kg 531.33280 %5247.28=? 2.过剩的2O 量：kg 641.11600.46305.58=- 3.鼓入空气带入的2N 量：kg 803.196 4.3CaCO 和3MgCO 分解产2CO 量：0.82+0.39=1.2

22、1kg 5.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kg 696.8%1008 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34%，年平均气温5C ，换算成此条件下空气需要量为： 306.21015.2735 15.27388650101325056.196m =+? 空气的饱和含水量为0.01623m kg ，带入水分量为： kg 620.277.00162.006.210=? 带入水分总量为：kg 316.11620.2696.8=+或3082.1418 4 .22316.11m =?

23、以上计算结果列于下表 按以上计算结果编制的物料平衡表如下：（未计机械损失） 3.2热平衡计算 3.2.1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。 1.硫化锌按下式反应氧化放出热量Q 1 ZnS+12 1 O 2=ZnO+SO 2+105930千卡 生成ZnO 的ZnS 量：()99.0505.2382.0556.19+ kg 826.664 .654 .97=? Q 1= 千卡67.726784 .97826 .66105930=? 2.硫化锌按下式反应硫酸氧化放出热量O 2 ZnS+2O 2=ZnSO 4+185050千卡 生成ZnSO 4的ZnS 量:()kg 34.44 .654 .97989.0925.1=?+ Q 2=千卡82464 .9734 .4185050=? 3.ZnO 和Fe 2O 3按下式反应生成ZnO.Fe 2O 3放出的热量Q 3: ZnO+ Fe 2O 3= ZnO.Fe 2O 3+27300千卡 生成ZnO.Fe 2O 3的ZnO 量