产5万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计.doc

沸腾炉焙烧设计题目：年产5万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计目录第一章沸腾焙烧设计概述11.1原始资料11.2设计原则和指导思想11.3课程设计说明书内容11.4绘制图纸1第二章沸腾焙烧22.1沸腾焙烧工艺22.2沸腾焙烧设备22.3沸腾焙烧特点3第三章沸腾焙烧冶金计算43.1 沸腾焙烧冶金计算内容43.2 锌精矿物相组成计算43.3烟尘产出率及其化学和物相组成计算53.4焙砂产出率及其化学与物相组成计算73.5焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算83.6焙烧炉排出烟量和组成93.7热平衡计算113.7.1热收入113.7.2热支出13第四章沸腾焙烧主要设备选择计算154.1床面积154.2前室面积154.3流态化床断面尺寸154.4沸腾层高度164.5炉膛面积和直径164.6炉膛高度164.7炉膛空间体积V的确定174.8气体分布板及风帽174.8.1气体分布板孔眼率174.8.2确定炉底上风帽孔眼的总数目：174.9风帽174.10沸腾冷却层面积174.11水套中循环水的消耗量174.12风箱容积184.13加料管面积184.14排烟口面积18第五章沸腾炉经济技术指标19参考资料20第一章 沸腾焙烧设计概述1.1 原始资料锌精矿的化学成分（%，质量百分数）化学成分ZnFeCdCuPbSSiO2CaoMgo其他wB(%)44.5710.920.190.321.8032.004.961.840.123.781.2 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 课程设计说明书内容a) 沸腾焙烧炉专题概述；b) 沸腾焙烧；c) 沸腾焙烧热平衡计算；d) 主要设备（沸腾炉和鼓风炉）设计计算；e) 沸腾炉主要经济技术指标；1.4 绘制图纸1) 沸腾焙烧结构总图（要求纵剖面和至少一个横剖面）；2) 气体分布板部分图第二章 沸腾焙烧2.1 沸腾焙烧工艺金属锌的生产，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 + 2 O2 = MeSO42） 硫化物氧化生成氧化物 MeS + 1.5 O2 = MeO + SO23）金属硫化物直接氧化生成金属 MeS + 2 O2 = MeO + SO24） 硫酸盐离解MeSO4 = MeO + SO3 SO3 = SO2 + 0.5 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、MeSO4以及SO2 、SO3 和O2。此外还可能有MeO·Fe2O3，MeO·SiO2等。2.2 沸腾焙烧设备沸腾焙烧炉炉体（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。 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/()；对于通过3×3mm的筛孔的破碎块矿，焙烧强度为30t/()。 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10701100,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。2.3 沸腾焙烧特点   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 沸腾焙烧冶金计算3.1 沸腾焙烧冶金计算内容 锌精矿沸腾焙烧，烟尘和焙沙产出率计算、焙烧需要空气量和烟气量计算、物料平衡和热平衡计算；3.2 锌精矿物相组成计算原始数据：锌精矿的化学成分（%，质量百分数）化学成分ZnFeCdCuPbSSiO2CaoMgo其他wB(%)44.5710.920.190.321.8032.004.961.840.123.78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、 ；脉石中的Ca、Mg、Si分别呈、形态存在。 以100锌精矿（干量）进行计算。1.ZnS量 ： 其中Zn：44.57 S：21.812.CdS量： 其中 Cd：0.19 S：0.053.PbS量： 其中：Pb：1.8 S：0.284.量： 其中：Cu：0.32 Fe：0.28 S：0.325. 和量：除去中Fe的含量，余下的Fe为，除去ZnS、CdS、PbS、中S的含量，余下的S量为。此S量全部分布在和中，设中Fe为x，S量为y，则 解得：=5.24，=6 即中：Fe=5.24、S=6、=11.24。中：Fe：10.64-5.24=5.4 S：9.54-6=3.54 ：8.946. 量： 其中CaO：1.84 ：1.457. 量： 其中MgO：0.12 ：0.13表3-1 混合精矿物相组成，组成ZnCdPbCuFeSCaOMgOSiO2其他共计ZnS44.5721.8166.38CdS0.190.050.24PbS1.80.282.08CuFeS20.320.280.320.92FeS25.24611.24Fe7S85.43.548.94CaCO31.841.453.29MgCO30.120.130.25SiO24.964.96其他1.71.7共计44.570.191.80.3210.92321.840.121.584.961.71003.3 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 Cd Pb Cu Fe CaO MgO 其他 按生产实践，烟尘中残硫以硫酸盐形态Sso4为2.14%，以硫化物形态Ss为1.73%。PbO与SiO2结合成PbO* SiO2,余下SiO2为游离形态，其他金属为氧化物形态存在。各组分化合物进入烟尘的数量为：Ss量 100*0.44*0.0173=0.761Sso4 量 100*0.44*0.0214=0.9421.ZnS量： 其中：Zn 1.555 S 0.7612.量： 其中：Zn 1.925 S 0.942 O 1.8843量：烟尘中Fe先生成，其量为：，有与ZnO结合成，其量为：。量为 其中：Zn 1.07 Fe 1.82 O 1.04余下的的量：7.806-2.602=5.204 其中：Fe 3.64 O 1.564.ZnO量：Zn=21.3936-（1.555+1.925+0.82）=16.844 ZnO O 20.964-16.844=4.121kg5.CdO量： 其中：Cd 0.114 O 0.130-0.114=0.01626.CuO量： 其中：Cu 0.16 O 0.0407.量：PbO， 其中：Pb 0.969 O 0.069 与PbO结合的量： 剩余的量：2.48-0.261=2.219表3-2烟尘产出率及其化学和物相组成，组成ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共计ZnS1.555 0.761 2.316 ZnSO41.925 0.942 1.884 4.751 ZnO16.844 4.121 20.965 ZnOFe2O31.070 1. 821.040 2.110 Fe2O33.640 1.560 5.200 CdO0.114 0.016 0.130 CuO0.160 0.040 0.200 PbOSiO20.900 0.261 0.069 1.230 CaO0.920 0.920 MgO0.060 0.060 SiO22.480 2.480 其他0.850 0.850 共计21.394 0.114 0.160 0.900 5.460 0.761 0.942 0.920 0.060 2.741 8.730 0.850 43.032 %49.716 0.265 0.372 2.091 12.688 1.768 2.189 2.138 0.139 6.370 20.288 1.975 100.000 3.4 焙砂产出率及其化学与物相组成计算沸腾焙烧时，锌精矿中各组分转入焙砂的量为：某物质转入焙烧的量=精矿中的该物质的量-烟尘中该物质的量组成ZnCdCuPbFeCaOMgOSiO2其他重量（kg）23.1760.0760.160.95.460.920.062.2190.85焙砂中SSO4取1.10%，SS取0.4%，SSO4和SS全部与Zn结合；PbO与SiO2结合成PbOSiO2；其他金属以氧化物形态存在。预定焙砂重量为88*0.5=44kg；各组分化合物进入焙砂中的数量为：量：0.484；量：0.176；1.量： 其中：Zn 0.989Kg O 0.968Kg 2.ZnS量： 其中：Zn 0.36 S 0.1763.量：焙砂中Fe先生成，其量为，有40%与ZnO结合成，其量为。量： 其中：Zn 1.279 Fe 2.184 O 1.251 余下的量： 其中：Fe 3.275 O 1.4084.ZnO量：Zn ZnO O 5.042kg5.CdO量： 其中：Cd 0.076 O 0.0108以上计算结果列于下表表3-3焙砂的物相组成，组成ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共计ZnS0.360 0.176 0.536 0.989 0.484 0.968 2.441 ZnO25.600 5.042 30.642 ZnOFe2O31.279 2.184 1.251 4.714 Fe2O33.275 1.408 4.683 CdO0.076 0.011 0.087 CuO0.160 0.040 0.200 PbOSiO20.900 0.261 0.069 1.230 CaO0.920 0.920 MgO0.060 0.060 SiO22.480 2.480 其他0.850 0.850 共计28.228 0.076 0.160 0.900 5.459 0.176 0.484 0.920 0.060 2.741 8.789 0.850 48.843%57.794 0.156 0.328 1.843 11.177 0.360 0.991 1.884 0.123 5.612 17.994 1.740 100 3.5 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32.00，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：32-2.363=29.637kg,脱硫率为：29.637/32=92%。出炉烟气计算假定95%的S生成，5%的S生成，则：生成需要的量为： 生成需要的量为：烟尘和焙砂中，氧化物和硫酸盐的含氧量为8.730+8.789=17.519，则100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1.251.30，本文取1.25，则实际需要空气量为：空气中各组分的质量百分比为77%，23%，鼓入267.419空气，其中： 标准状况下，空气密度为1.293，实际需要空气之体积为： 空气中，和的体积百分比为79%、21%,则： 3.6 焙烧炉排出烟量和组成1.焙烧过程中产出 2.过剩的量：3.鼓入空气带入的量：4.和分解产量：1.45+0.13=1.585.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。空气带入水分量计算假设该地区气象资料：大气压力754.8mmHg，相对湿度77%，年平均气温17.5，换算成此条件下空气需要量为：空气的饱和含水量为0.0162，带入水分量为：带入水分总量为：或以上计算结果列于下表表3-5烟气量和组成组成质量 体积体积比%56.3119.707989.6393363.7051.0369830.5071971.580.8047470.393608200.439160.350878.4289111.9748.3822074.09980711.38714.170986.931144共计285.395204.454100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百分比，%名称质量百分比，%干锌精矿100.000 26.904 烟尘43.032 11.406 精矿中水分8.696 2.340 焙砂48.843 12.946 干空气260.310 70.033 烟气285.395 75.647 空气中水分2.691 0.724 共计371.697 100.000 共计377.270 100.000 3.7 热平衡计算3.7.1 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QZnS+1O=ZnO+SO+105930千卡生成ZnO的ZnS量： Q=2.硫化锌按下式反应硫酸氧化放出热量OZnS+2O=ZnSO+185050千卡生成ZnSO的ZnS量:Q=3.ZnO和FeO按下式反应生成ZnO.FeO放出的热量Q:ZnO+ FeO= ZnO.FeO+27300千卡生成ZnO.FeO的ZnO量Q= 4.FeS按下式反应氧化放出热量Q 4FeS+11O=2 FeO+8 SO+790600千卡 Q=5.FeS按下式反应氧化放出热量Q 2FeS+3O= FeO+2 SO+293010千卡FeS分解得到FeS量： CuFeS分解得到FeS量:得到FeS总量为：8.498+0.44=8.938kg Q=6.CuFeS和FeS分解得到硫燃烧放出热量Q CuFeS= Cu S+FeS+S 分解出S量： FeS=7FeS+S 分解出S量： 1硫燃烧放出的热量为2222千卡则： Q=7.PbS按下式反应放出热量Q PbS+1O=PbO+SO+100690千卡 PbS+SiO= PbOSiO+2030千卡生成PbS放出热量： 生成PbOSiO量： 生成PbOSiO放出热量： Q=875.565+17.627=893.192千卡8.CdS按下式反应放出热量Q CdS+O=CdO+SO+98800千卡 生成CdO的CdS量： Q =9.CuS按下式反应氧化放出热量Q CuS+2 O= 2CuO+ SO+127470千卡生成CuO的CuS量： Q=10.锌精矿带入热量Q10 进入流态化焙烧炉的精矿温度为40,精矿比热取0.2 Q10=11.空气带入热量为Q11 空气比热取0.316,空气温度为20, Q11=12.入炉精矿含水分8.696,水分比热取1.0，100精矿中的水分带入热量Q12 Q12=热量总收入：Q=Q+O+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q=64466.018+8246+980.546+18536.387+14904.82+1160.906+893.192+167.011+320.932+800+1363.243+350=112189.055千卡；3.7.2 热支出1.烟气带走量为Q炉顶烟气900C,各比分比热为()：SO SO C O N O HO 0.529 0.55 0.521 0.333 0.350 0.4032.烟尘带走的热量为Q由炉中出来的烟尘温度为900，其比热为0.20Q=43.032×900×0.2=7745.760千卡3.焙砂带走的热量为Q由炉中出来的焙沙温度为850，其比热为0.20Q=48.843×900×0.2=8303.310千卡4.锌精矿中水分蒸发带走热量为QQ=GtC+GVQ=5.精矿中碳酸盐分解吸收的热量为Q分 CaCO分解吸热378, Mg CO分解吸热314 Q分=6.Cu FeS和FeS分解吸收的热量为Q分Q分=7.通过炉顶和炉壁的散失热量为Q 为简化计算，按生产实践，散热损失均为热收入的2.35.5%，取5.0%Q=Q5.0%=112189.0550.05=5609.453千卡 8.剩余热量为Q Q= Q-（Q+Q+Q+ Q+Q分+Q分+Q） =112189.055-(66111.095+7745.76+8303.31+5350+1322.12+1260.96+5609.453)=16486.357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热支出项目千卡项目千卡焙烧反应热烟气带走热66111.095 58.928 ZnS氧化成ZnO64466.018 57.462 烟尘带走热7745.760 6.904 ZnS氧化成ZnSO48246.000 7.350 焙沙带走热8303.310 7.401 ZnO和Fe2O3反应生成ZnOFe2O3980.546 0.874 水分蒸发带走热5350.000 4.769 FeS2氧化成Fe2O318536.387 16.522 碳酸盐分解1322.120 1.178 FeS氧化成Fe2O314904.820 13.285 CuFeS2和Fe7S8分解1260.960 1.124 分解硫燃烧1160.906 1.035 炉顶及炉壁散热5609.453 5.000 PbS生成PbOSiO2893.192 0.796 剩余热16486.354 14.695 CdS氧化成CdO167.011 0.149 Cu2O氧化成CuO320.932 0.286 精矿带入热800.000 0.713 空气带入热1363.240 1.215 水分带入热350.000 0.312 共计112189.052 100.000 共计112189.052 100.000 第四章 沸腾焙烧主要设备选择计算4.1 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：空气的密度为：1.276kg/m3；V=10*（253.5+2.620）/1.276=2007.21 m3/t； 其中：A：每日需要焙烧的干精矿量，t/d；F:需要的床面积；a-炉子床能率，锌精矿硫酸化焙烧5-6吨/日*平方米；a= W操作=0.5米/秒a=5.009 ，则取为5.5；取锌回收率为94%，锌精矿含锌=44.57%A=（吨/日），则取A为370吨/日；则 4.2 前室面积一般为1.52.这里取1.5.4.3 流态化床断面尺寸 4.4 沸腾层高度据生产经验为H层=1（米）4.5 炉膛面积和直径W膛=k*W带，（k一般取0.3-0.55，这里取0.3； W带一般为1.35m/s；）则W腰=0.3*1.35=0.405 ，炉腹角取。4.6 炉膛高度炉腹角取1. 未扩大直筒部分，根据操作和安装方便而定，一般取1.46。2. 炉腹角取；3. 扩大部分高度；4. 炉膛高度 式中t烟气在炉内必须停留的时间，秒，取20.=5.5*2007.21*（1+900/273）*67.27*20/86400/91.1=8.114.7 炉膛空间体积V的确定对于锌的酸化焙烧，一般取V炉膛=（10-12）F本床；V炉膛=11*67.27=739.97立方米；4.8 气体分布板及风帽4.8.1 气体分布板孔眼率：根据经验本设计取1.2%；4.8.2 确定炉底上风帽孔眼的总数目：标准伞形风帽d8*6m（孔径*孔数），炉底上风帽的排列方式，对于圆形炉具有用同心圆排列法，通常同心圆之距离为170-180m/m，每一圆周上的中心距为150-200m/m，孔眼率为0.95-1.2%n=1.2=1.24.9 风帽风帽数量一般可由下式计算： 个；4.10 沸腾冷却层面积冷却水的平均温度为40摄氏度4.11 水套中循环水的消耗量水的比热为4.187*4.17千卡/kg*度；排出水套的水温为：60摄氏度；进入水套的水温：10摄氏度；4.12 风箱容积1.34=88.21立方米4.13 加料管面积W料一般取200-300吨/平方米*时；4.14 排烟口面积第五章 沸腾炉经济技术指标 冶金经济技术指标序号项目单位数据备注1 炉子处理量吨/日370.00 2 烧成率%80.00 3 床能力吨/米2*日5.50 4 烟尘率%48.90 5 脱硫率%92.00 6 本床面积米67.27 7 前室面积米1.50 8 流态化床断面尺寸米9.13 9 沸腾层高度米1.00 10 炉腹角度20.00 11 炉膛扩大部分高度米2.28 12 炉膛直径米10.79 13 炉膛面积米91.10 14 炉膛未扩大部分高度米1.46 15 沸腾层高度米1.00 16 炉膛高度米11.85 17 气体分布孔眼率%1.20 18 孔眼速度米/秒10.00 19 风帽个数个3431.00 20 沸腾层冷却层面积平方米16.42 21 水套循环水消耗公斤/时2911.43 22 水套综合传热系数千卡/平方米*时*摄氏度180.00 23 沸腾层温度摄氏度900.00 24 空气系数1.25 25 风箱容积立方米88.21 26 加料管面积平方米0.07 27 排烟口面积平方米3.69 参考资料【1】有色冶金学【2】铜铅锌冶炼设计参考资料（中册）【3】重有色冶金炉设计参考资料【4】冶金工厂设计基础今天天气很好，在外面玩的开心吧，此刻我很想你，小H 。 2013/01/10