沸騰焙燒爐設計相關計算

1、沸騰焙燒爐設計 目 錄第一章 設計概述11.1設計依據(jù)11.2設計原則和指導思想11.3 課程設計任務 1第二章 工藝流程的選擇與論證12.1原料組成及特點12.2沸騰焙燒工藝及主要設備的選擇1第三章 物料衡算及熱平衡計算 33.1鋅精礦流態(tài)化焙燒物料平衡計算33.1.1鋅精礦硫態(tài)化焙燒冶金計算33.1.2煙塵產出率及其化學和物相組成計算43.1.3焙砂產出率及其化學與物相組成計算63.1.4焙燒要求的空氣量及產出煙氣量與組成的計算73.2熱平衡計算93.2.1熱收入93.2.2熱支出11第四章 沸騰焙燒爐的選型計算 134.1床面積134.2前室面積134.3爐膛面積和直徑134.4爐膛高度

2、144.5氣體分布板及風帽144.5.1氣體分布板孔眼率144.5.2風帽144.6沸騰冷卻層面積144.7水套中循環(huán)水的消耗量144.8風箱容積154.9加料管面積154.10溢流排料口 154.11排煙口面積 15參考文獻15 - 19 - 第一章 設計概述1.1設計依據(jù)根據(jù)冶金工程專業(yè)課程設計指導書。1.2設計原則和指導思想對設計的總要求是技術先進;工藝上可行;經濟上合理，所以,設計應遵循的原則和指導思想為：1、遵守國家法律、法規(guī)，執(zhí)行行業(yè)設計有關標準、規(guī)范和規(guī)定，嚴格把關，精心設計；2、設計中對主要工藝流程進行多方案比較，以確定最佳方案；3、設計中應充分采用各項國內外成熟技術，因某種原

3、因暫時不上的新技術要預留充分的可能性。所采用的新工藝、新設備、新材料必須遵循經過工業(yè)性試驗或通過技術鑒定的原則；4、要按照國家有關勞動安全工業(yè)衛(wèi)生及消防的標準及行業(yè)設計規(guī)定進行設計；5、在學習、總結國內外有關廠家的生產經驗的基礎上，移動試用可行的先進技術；6、設計中應充分考慮節(jié)約能源、節(jié)約用地，實行自愿的綜合利用，改善勞動條件以及保護生態(tài)環(huán)境。1.3畢業(yè)設計任務一、沸騰焙燒爐專題概述二、沸騰焙燒三、沸騰焙燒熱平衡計算四、主要設備（沸騰爐和鼓風爐）設計計算五、沸騰爐主要經濟技術指標第二章 工藝流程的選擇與論證2.1原料組成及特點本次設計處理的原料鋅精礦成分如下表所示。D組 鋅精礦的化學成分化學成

4、分ZnPbCuCdFeSCaCO3MgCO3SiO2其他wB(%)47.673.580.240.185.5828.941.581.436.823.982.2沸騰焙燒工藝及主要設備的選擇金屬鋅的生產，無論是用火法還是濕法，90%以上都是以硫化鋅精礦為原料。硫化鋅不能被廉價的、最容易獲得的碳質還原劑還原，也不容易被廉價的，并且在浸出電積濕法煉鋅生產流程中可以再生的硫酸稀溶液（廢電解液）所浸出，因此對硫化鋅精礦氧化焙燒使之轉變成氧化鋅是很有必要的。焙燒就是通常采用的完成化合物形態(tài)轉變的化學過程，是冶煉前對礦石或精礦進行預處理的一種高溫作業(yè)。硫化物的焙燒過程是一個發(fā)生氣固反應的過程，將大量的空氣（或富

5、氧空氣）通入硫化礦物料層，在高溫下發(fā)生反應，氧與硫化物中的硫化合產生氣體SO2，有價金屬則變成為氧化物或硫酸鹽。同時去掉砷、銻等雜質，硫生成二氧化硫進入煙氣，作為制硫酸的原料。焙燒過程得到的固體產物就被稱為焙砂或焙燒礦。焙燒過程是復雜的，生成的產物不盡一致，可能有多種化合物并存。一般來說，硫化物的氧化反應主要有：1） 硫化物氧化生成硫酸鹽 MeS + 2 O2 = MeSO42） 硫化物氧化生成氧化物 MeS + 1.5 O2 = MeO + SO23）金屬硫化物直接氧化生成金屬 MeS + 2 O2 = MeO + SO24） 硫酸鹽離解MeSO4 = MeO + SO3 SO3 = SO2

6、 + 0.5 O2此外，在硫化鋅精礦中，通常還有多種化合價的金屬硫化物，其高價硫化物的離解壓一般都比較高，故極不穩(wěn)定，焙燒時高價態(tài)硫化物離解成低價態(tài)的硫化物，然后再繼續(xù)進行其焙燒氧化反應過程。在焙燒過程中，精礦中某種金屬硫化物和它的硫酸鹽在焙燒條件下都是不穩(wěn)定的化合物時，也可能相互反應，如： FeS + 3FeSO4 = 4FeO + 4SO2由上述各種反應可知，鋅精礦中各種金屬硫化物焙燒的主要產物是MeO、MeSO4以及SO2 、SO3 和O2。此外還可能有MeO·Fe2O3，MeO·SiO2等。沸騰焙燒爐爐體（下圖）為鋼殼內襯保溫磚再襯耐火磚構成。為防止冷凝酸腐蝕，鋼殼

7、外面有保溫層。爐子的最下部是風室，設有空氣進口管，其上是空氣分布板?？諝夥植及迳鲜悄突鸹炷翣t床，埋設有許多側面開小孔的風帽。爐膛中部為向上擴大的圓錐體，上部焙燒空間的截面積比沸騰層的截面積大，以減少固體粒子吹出。沸騰層中裝有的冷卻管，爐體還設有加料口、礦渣溢流口、爐氣出口、二次空氣進口、點火口等接管。爐頂有防爆孔。   操作指標和條件主要有焙燒強度、沸騰層高度、沸騰層溫度、爐氣成分等。 焙燒強度  習慣上以單位沸騰層截面積一日處理含硫35礦石的噸數(shù)計算。焙燒強度與沸騰層操作氣速成正比。氣速是沸騰層中固體粒子大小的函數(shù)，一般在 13m/s范圍內。一般浮選

8、礦的焙燒強度為1520t/()；對于通過3×3mm的篩孔的破碎塊礦，焙燒強度為30t/()。 沸騰層高度  即爐內排渣溢流堰離風帽的高度，一般為0.91.5m。 沸騰層溫度  隨硫化礦物、焙燒方法等不同而異。例如:鋅精礦氧化焙燒為10701100,而硫酸化焙燒為900930；硫鐵礦的氧化焙燒溫度為850950。 爐氣成分  硫鐵礦氧化焙燒時，爐氣中二氧化硫1313.5，三氧化硫0.1。硫酸化焙燒,空氣過剩系數(shù)大，故爐氣中二氧化硫濃度低而三氧化硫含量增加。   特點:焙燒強度高；礦渣殘硫低；可以焙燒低品位礦

9、；爐氣中二氧化硫濃度高、三氧化硫含量少；可以較多地回收熱能產生中壓蒸汽，焙燒過程產生的蒸汽通常有3545是通過沸騰層中的冷卻管獲得；爐床溫度均勻；結構簡單，無轉動部件，且投資省，維修費用少；操作人員少，自動化程度高，操作費用低；開車迅速而方便，停車引起的空氣污染少。但沸騰爐爐氣帶礦塵較多，空氣鼓風機動力消耗較大。第三章 物料衡算及熱平衡計算3.1鋅精礦流態(tài)化焙燒物料平衡計算3.1.1鋅精礦硫態(tài)化焙燒冶金計算根據(jù)精礦的物相組成分析，精礦中各元素呈下列化合物形態(tài)Zn、Cd、Pb、Cu、Fe分別呈ZnS、CdS、PbS、 ；脈石中的Ca、Mg、Si分別呈、形態(tài)存在。 以100鋅精礦（干量）進行計算。

10、1.ZnS量 ： 其中Zn：47.67 S：23.322.CdS量： 其中 Cd：0.18 S：0.053.PbS量： 其中：Pb：3.58 S：0.554.量： 其中：Cu：0.24 Fe：0.21 S：0.245. 和量：除去中Fe的含量，余下的Fe為，除去ZnS、CdS、PbS、中S的含量，余下的S量為。此S量全部分布在和中，設中Fe為x，S量為y，則 解得：=2.57，=2.95 即中：Fe=2.57、S=2.95、=5.52。中：Fe：5.37-2.57=2.8 S：4.78-2.95=1.83 ：4.366. 量： 1.58 其中CaO：0.89 ：0.697. 量：1.43 其中

11、MgO：0.68 ：0.75表3-1 混合精礦物相組成，組成ZnCdPbCuFeSCaOMgOSiO2其他共計ZnS47.6723.3270.99CdS0.180.050.23PbS3.580.554.13CuFeS20.240.210.240.69FeS22.572.955.52Fe7S82.801.834.63CaCO30.890.691.58MgCO30.680.751.43SiO26.826.82其他3.983.98共計47.670.183.580.245.5828.940.890.681.446.823.98100.003.1.2煙塵產出率及其化學和物相組成計算焙燒礦產出率一般為鋅精

12、礦的88%，煙塵產出率取50%，則煙塵量為：44公斤。鎘60%進入煙塵，鋅48%進入煙塵，其它組分在煙塵中的分配率假定為50%，空氣過剩系數(shù) 1.25。煙塵產出率及煙塵物相組成計算：Zn Cd Pb Cu Fe CaO MgO 0.761 0.942其他 各組分化合物進入煙塵的數(shù)量為：1.ZnS量： 其中：Zn 1.555 S 0.7612.量： 其中：Zn 1.925 S 0.942 O 1.8843量：煙塵中Fe先生成，其量為：，有與ZnO結合成，其量為：。量為 其中：Zn 0.541 Fe 0.931 O 0.536余下的的量：3.989-1.33=2.659 其中：Fe 1.856 O

13、 0.8034.ZnO量：Zn 22.882-（1.555+1.925+0.541）=18.861 ZnO O 23.48-18.861=4.619kg5.CdO量： 其中：Cd 0.108 O 0.0156.CuO量： 其中：Cu 0.12 O 0.037.量：PbO 其中：Pb 1.79 O 0.138 與PbO結合的量： 剩余的量：3.41-0.518=2.892表3-2煙塵產出率及其化學和物相組成，組成ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共計ZnS1.5550.7612.316ZnSO41.9250.9421.8844.751ZnO18.8614.61923.48

14、ZnOFe2O30.5410.9310.5362.008Fe2O31.8560.8032.659CdO0.1080.0150.123CuO0.120.030.15PbOSiO21.790.5180.1382.446CaO0.4450.445MgO0.340.34SiO22.8922.892其他1.991.99共計22.8820.1080.121.792.7870.7610.9420.4450.343.418.0251.9943.6%52.480.250.284.116.391.752.161.020.787.8218.404.56100.03.1.3焙砂產出率及其化學與物相組成計算焙砂中SSO

15、4取1.10%，SS取0.4%，SSO4和SS全部與Zn結合；PbO與SiO2結合成PbOSiO2；其他金屬以氧化物形態(tài)存在。各組分化合物進入焙砂中的數(shù)量為：量：0.484,量：0.1761.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，其量為，有40%與ZnO結合成，其量為。量： 其中：Zn 0.649 Fe 1.116 O 0.644 余下的量： 其中：Fe 1.671 O 0.7224.ZnO量：Zn ZnO O 28.365-22.79=5.5755.CdO量： 其中：Cd 0.072 O 0.01以

16、上計算結果列于下表表3-3焙砂的物相組成，組成ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共計ZnS0.360.1760.5360.9890.4840.9682.441ZnO22.795.57528.365ZnOFe2O30.6491.1160.6442.409Fe2O31.6710.7222.393CdO0.0720.010.082CuO0.120.030.15PbOSiO21.790.5180.1382.446CaO0.4450.445MgO0.340.34SiO22.8922.892其他1.991.99共計24.7880.0720.121.792.7870.1760.484

17、0.4450.343.418.0871.9944.489%55.720.160.274.026.260.401.091.000.767.6618.18447100.003.1.4焙燒要求的空氣量及產出煙氣量與組成的計算3.1.4.1焙燒礦脫硫率計算精礦中S量為32.00，焙砂和煙塵中的S量為0.176+0.761+0.484+0.942=2.363kg，焙燒脫硫量為：28.94-2.363=26.577kg出爐煙氣計算：假定95%的S生成，5%的S生成，則：生成需要的量為： 生成需要的量為：煙塵和焙砂中，氧化物和硫酸鹽的含氧量為17.691，則100鋅精礦（干量）焙燒需理論氧量為：空氣中氧的質

18、量百分比為23%，則需理論空氣量為：過?？諝庀禂?shù)可取1.251.30，本文取1.25，則實際需要空氣量為：空氣中各組分的質量百分比為77%，23%，鼓入267.419空氣，其中： 標準狀況下，空氣密度為1.293，實際需要空氣之體積為： 3.1.4.2焙燒爐排出煙量和組成1.焙燒過程中產出 2.過剩的量：3.鼓入空氣帶入的量：4.和分解產量：0.69+0.75=1.445.鋅精礦及空氣帶入水分產生的水蒸汽量：進入焙燒礦的鋅精礦含水取8%，100Kg干精礦帶入水分為?？諝鈳胨至坑嬎愠喾宓貐^(qū)氣象資料：大氣壓力88650Pa，相對濕度77%，年平均氣溫5，換算成此條件下空氣需要量為：空氣的飽和含

19、水量為0.0162，帶入水分量為：帶入水分總量為：或以上計算結果列于下表表3-5煙氣量和組成組成質量體積體積比%組成質量體積體積比%50.49617.6739.2111.2467.8724.103.3220.930.4811.43914.2367.421.440.7330.38共計266.016191.932100188.073150.48878.41按以上計算結果編制的物料平衡表如下：（未計機械損失）沸騰焙燒物料平衡表加入產出名稱質量，百分比，%名稱質量，百分比，%干鋅精礦10028.11煙塵43.612.31精礦中水分8.6962.44焙砂44.4891256干空氣244.2568.67煙

20、氣266.01675.13空氣中水分2.7430.78共計355.689100.00共計354.105100.003.2熱平衡計算3.2.1熱收入進入流態(tài)化焙燒爐熱量包括反應熱及精礦、空氣和水分帶入熱量等。1.硫化鋅按下式反應氧化放出熱量QZnS+1O=ZnO+SO+105930千卡生成ZnO的ZnS量： Q=2.硫化鋅按下式反應生成硫酸鹽氧化放出熱量OZnS+2O=ZnSO+185050千卡生成ZnSO的ZnS量:Q=3.ZnO和FeO按下式反應生成ZnO.FeO放出的熱量Q:ZnO+ FeO= ZnO.FeO+27300千卡生成ZnO.FeO的ZnO量Q= 4.FeS按下式反應氧化放出熱量

21、Q 4FeS+11O=2 FeO+8 SO+790600千卡 Q=5.FeS按下式反應氧化放出熱量Q 2FeS+3O= FeO+2 SO+293010千卡FeS分解得到FeS量： CuFeS分解得到FeS量: 得到的FeS總量為：4.401+0.345=4.746kg. Q=6.CuFeS和FeS分解得到硫燃燒放出熱量Q CuFeS= Cu2S+FeS+S 分解出S量： FeS=7FeS+S 分解出S量： 1硫燃燒放出的熱量為2222千卡則： Q=7.PbS按下式反應放出熱量Q PbS+1O=PbO+SO+100690千卡 PbS+SiO= PbOSiO+2030千卡生成PbO放出熱量： 生成

22、PbOSiO量：1.928+0.518×2=4.892kg 生成PbOSiO放出熱量： Q=1738.502+35.054=1773.556千卡8.CdS按下式反應放出熱量Q CdS+O=CdO+SO+98800千卡 生成CdO的CdS量： Q =9.CuS按下式反應氧化放出熱量Q CuS+2 O= 2CuO+ SO+127470千卡生成CuO的CuS量： Q=10.鋅精礦帶入熱量Q10 進入流態(tài)化焙燒爐的精礦溫度為40,精礦比熱取0.2 Q10=11.空氣帶入熱量為Q11 空氣比熱取0.316,空氣溫度為20, Q11=12.入爐精礦含水分8.696,水分比熱取1.0，100精礦中

23、的水分帶入熱量Q12 Q12=熱量總收入：Q=Q+O+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q=69390+8246+496.699+9103.279+7914.772+611.05+1773.556+158.053+230.744+800+1389.5+350=100464千卡3.2.2熱支出1.煙氣帶走量為Q爐頂煙氣900C,各比分比熱為()：SO SO C O N O HO 0.529 0.55 0.521 0.333 0.350 0.4032.煙塵帶走的熱量為Q由爐中出來的煙塵溫度為900，其比熱為0.20Q=43.6×900×0.2=7848千卡3.焙砂帶走的熱量為

24、Q由爐中出來的焙沙溫度為850，其比熱為0.20Q=44.489×900×0.2=8008.02千卡4.鋅精礦中水分蒸發(fā)帶走熱量為QQ=GtC+GVQ=5.精礦中碳酸鹽分解吸收的熱量為Q分 CaCO分解吸熱378, Mg CO分解吸熱314 Q分=6.CuFeS和FeS分解吸收的熱量為Q分Q分=7.通過爐頂和爐壁的散失熱量為Q 為簡化計算，按生產實踐，散熱損失均為熱收入的2.35.5%，取5.0%Q=Q5.0%=1004640.05=5023.2千卡 8.剩余熱量為Q Q= Q-（Q+Q+Q+ Q+Q分+Q分+Q） =100464-（61926.5+7848+8008.02

25、+5350+1046.26+668.22+5023.2） =10593.8千卡計算結果列于下表表3-6鋅精礦流態(tài)化焙燒熱平衡熱收入熱支出項目千卡項目千卡焙燒反應熱煙氣帶走熱61926.561.64ZnS氧化成ZnO69390.669.07煙塵帶走熱78487.81ZnS氧化成ZnSO482468.21焙沙帶走熱8008.027.97ZnO和Fe2O3反應生成ZnOFe2O3496.6990.49水分蒸發(fā)帶走熱53505.33FeS2氧化成Fe2O39103.289.06碳酸鹽分解1046.261.04FeS氧化成Fe2O37914.777.88CuFeS2和Fe7S8分解668.220.66分

26、解硫燃燒611.050.61爐頂及爐壁散熱5023.25.00PbS生成PbOSiO21773.5561.76剩余熱10593.810.55CdS氧化成CdO158.0530.16Cu2O氧化成CuO230.7440.23精礦帶入熱8000.80空氣帶入熱1389.51.38水分帶入熱3500.35共計100464100.00共計100464100.00第四章 沸騰焙燒爐的選型計算4.1床面積床面積按每日需要焙燒的干精礦量依據(jù)同類工廠先進的床能率選取。計算式為： a= W操作=0.5米/秒a=5.3 則床能率取5.5A=405.76（噸/日）則 4.2前室面積一般為1.52.這里取2. 沸騰層

27、高度據(jù)生產經驗為H層=1（米）4.3爐膛面積和直徑 V煙每噸物料產生的煙氣量 m3/T t膛爐膛溫度，鋅精礦焙燒溫度為900 ºC W膛-爐膛空間煙氣流速，m/s ;根據(jù)實踐鋅精礦焙燒為0.5±X，可取一定定值（0.32）爐腹角取。4.4爐膛高度爐膛有效高度：指溢流口下沿至排煙口中心線的高度，可按照經驗公式估算爐膛空間容積：V膛=（10-12）F床 V膛=11×73.8=812m3擴大型爐子爐膛高度的計算方法：1. 未擴大直筒部分，根據(jù)操作和安裝方便而定，一般取1.46。2. 擴大部分高度3. 爐膛高度 式中t煙氣在爐內必須停留的時間，秒，取20.= 5.5

28、15;1919.32×1+900273×73.8×2086400×121.1 =6.44.5氣體分布板及風帽4.5.1氣體分布板孔眼率風帽的形式多采用標準傘形風帽8×6 mm(孔徑×孔數(shù)），爐底風帽的排列方法，對于圓形爐底采用同心圓排列發(fā)，通常同心圓之距離為170-180 mm，每一圓周上的中心距為150-200mm，孔眼率（孔眼總面積與床面積之比）為0.95-1.2%。1.確定爐底上風帽孔眼的總數(shù)目：n=1.2=1.2=21288其中，V-鼓入沸騰爐內的實際空氣量 (m3/s) V=188.902×6000000.94×0.4767×330×86400=8.87 -一個孔眼的面積 m2 W孔眼-孔眼中空氣的噴射速度 m/s 1.2-儲備系數(shù)2.確定孔眼率78.5×0.000064×2128873.8+9