沸腾焙烧炉设计相关计算

沸腾焙烧炉设计-I-目录第一章设计概述…………………………………………………………11.1设计依据…………………………………………………………………11.2设计原则和指导思想……………………………………………………11.3课程设计任务………………………………………………………1第二章工艺流程的选择与论证…………………………………………12.1原料组成及特点…………………………………………………………12.2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…………………………………………33.1锌精矿流态化焙烧物料平衡计算………………………………………33.1.1锌精矿硫态化焙烧冶金计算…………………………………………33.1.2烟尘产出率及其化学和物相组成计算………………………………43.1.3焙砂产出率及其化学与物相组成计算………………………………63.1.4焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算……………………73.2热平衡计算…………………………………………………………………103.2.1热收入…………………………………………………………………103.2.2热支出…………………………………………………………………13第四章沸腾焙烧炉的选型计算…………………………………………154.1床面积……………………………………………………………………154.2前室面积…………………………………………………………………154.3炉膛面积和直径…………………………………………………………134.4炉膛高度…………………………………………………………………164.5气体分布板及风帽………………………………………………………164.5.1气体分布板孔眼率……………………………………………………164.5.2风帽……………………………………………………………………164.6沸腾冷却层面积…………………………………………………………164.7水套中循环水的消耗量…………………………………………………144.8风箱容积…………………………………………………………………154.9加料管面积………………………………………………………………154.10溢流排料口……………………………………………………………154.11排烟口面积……………………………………………………………15参考文献………………………………………………………………………15-1-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。D组锌精矿的化学成分化学成分ZnPbCuCdFeSCaCO3MgCO3SiO2其他wB(%)47.673.580.240.185.5828.941.581.436.823.982.2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液（废电解液）所浸出，因此对硫化锌精矿氧化焙烧使之转-2-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+2O2=MeSO42）硫化物氧化生成氧化物MeS+1.5O2=MeO+SO23）金属硫化物直接氧化生成金属MeS+2O2=MeO+SO24）硫酸盐离解MeSO4=MeO+SO3SO3=SO2+0.5O2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。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。-3-①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/(dm)；对于通过3×3mm的筛孔的破碎块矿，焙烧强度为30t/(dm)。②沸腾层高度即炉内排渣溢流堰离风帽的高度，一般为0.9～1.5m。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％～13.5％，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: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，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、87SFe2FeS；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：kg99.704.654.9767.47其中Zn：47.67kgS：23.32kg2.CdS量：kg23.04.1124.14418.0其中Cd：0.18kgS：0.05kg3.PbS量：kg13.42.2072.23958.3其中：Pb：3.58kgS：0.55kg4.2CuFeS量：kg69.05.6335.18324.0其中：Cu：0.24kgFe：0.21kgS：0.24kg5.2FeS和87SFe量：除去2CuFeS中Fe的含量，余下的Fe为5.37kg0.21-5.58，除去ZnS、CdS、PbS、2CuFeS中S的含量，余下的S量为Kg78.4)24.055.005.032.23(94.28。此S量全部分布在2FeS和87SFe中，设2FeS中Fe为xkg，S量为ykg，则-4-872SFeFeS83278.4785.5537.523285.55yxyx解得：x=2.57kg，y=2.95kg即2FeS中：Fe=2.57kg、S=2.95kg、2FeS=5.52kg。87SFe中：Fe：5.37-2.57=2.8kgS：4.78-2.95=1.83kg87SFe：4.36kg6.3CaCO量：1.58kg其中CaO：0.89kg2CO：0.69kg7.3MgCO量：1.43kg其中MgO：0.68kg2CO：0.75kg表3-1混合精矿物相组成，kg组成ZnCdPbCuFeSCaOMgO2COSiO2其他共计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共计47.670.183.580.245.5828.940.890.681.446.823.98100.003.1.2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：Znkg2.882248.07.674Cdkg108.060.018.0Pbkg1.7950.03.58Cukg21.050.042.0Fekg2.7950.05.58CaOkg445.050.00.89-5-MgOkg34.050.068.02SiOkg3.4150.06.82sS0.761xkg4SOS0.942xkg其他kg99.150.03.98各组分化合物进入烟尘的数量为：1.ZnS量：kg316.2324.97761.0其中：Zn1.555kgS0.761kg2.4ZnSO量：kg751.4324.161942.0其中：Zn1.925kgS0.942kgO1.884kg3．32OFeZnO量：烟尘中Fe先生成32OFe，其量为：kg3.9897.1117.1592.79，32OFe有31与ZnO结合成32OFeZnO，其量为：kg1.33313.989。32OFeZnO量为kg2.0087.1591.2411.33其中：Zn0.541kgFe0.931kgO0.536kg余下的32OFe的量：3.989-1.33=2.659kg其中：Fe1.856kgO0.803kg4.ZnO量：Zn22.882-（1.555+1.925+0.541）=18.861kgZnOkg3.4824.654.818.8611O23.48-18.861=4.619kg5.CdO量：kg231.04.1124.128081.0其中：Cd0.108kgO0.015kg6.CuO量：kg15.05.635.7921.0其中：Cu0.12kgO0.03kg7.2SiOPbO量：PbOkg1.9282.2072.223