锌精矿硫酸化焙烧流态化焙烧炉炉体设计

学生课程设计（论文）题目锌精矿硫酸化焙烧流态化焙烧炉炉体设计学生姓名学号所在院系专业班级指导教师职称攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目锌精矿硫酸化焙烧流态化焙烧炉炉体设计1、课程设计的目的通过设计，培养学生以理论为基础并结合生产实际进行工艺设计的设计思想，训练学生综合运用冶金基础课程理论知识，培养学生独立思考、分析、初步解决冶金工艺问题及查阅资料等技能；深入理解流态化焙烧炉的工作原理、流态化焙烧炉在冶炼中所受到的影响因素，设计出合理的流态化焙烧炉炉体。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）已知条件日处理200吨的流态化焙烧炉，其它条件下达任务书时给出设计内容炉体尺寸、炉床面积等计算。技术要求查阅资料并理解资料，设计出合理的流态化焙烧炉炉体。工作要求严格按进度设计；独立大胆构思，力求创新；2周内完成全部任务。3、主要参考文献1陈国发重金属冶金学M北京冶金工业出版社20062邱竹贤有色金属冶金学M北京冶金工业出版社20083有色冶金炉设计手册编写组有色冶金炉设计手册M北京冶金工业出版社20004铜铅锌冶炼设计参考资料编写组铜铅锌设计参考资料M北京冶金工业出版社19794、课程设计工作进度计划23天查阅资料，明确设计内容；34天对给定题目进行分析，进行相关计算、作图；45天撰写课程设计说明书，并进行修改、完善。指导教师（签字）日期2011年6月3日教研室意见年月日学生（签字）接受任务时间年月日注任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。工作表现2003课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。成果质量4511创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名年月日1绪论锌是白略带蓝灰色的金属，它的物理性质特点为熔点和非典都比较低，质软，有展性，但加工后变硬，溶化后的流动性良好。锌是比较活泼的重金属，室温下的干燥空气中不起变化，但在潮湿而含有的大气中，锌表面易2CO被氧化成白色致密的碱式碳酸锌薄膜层，阻止锌继续氧化。现代冶金锌的生产方法分为火法和湿法两大类。火法炼锌首先将锌精矿进行氧化焙烧或烧结焙烧，使精矿中的ZNS变为ZNO，以便为碳还原剂所还原得到粗锌，再将粗锌进行精炼。火法炼锌的精炼方法是利用锌和杂质金属的沸点不同，采用蒸馏的方法来提纯，称为锌精馏。湿法炼锌处理硫化锌精矿一般要预先进行焙烧，是ZNS变为易于被稀硫酸溶解的ZNO。然后酸化，产生硫酸锌与部分杂质，经净化后的硫酸锌溶液电解沉积后，阴极析出锌最后熔融成铸锭，即产出电锌。锌精矿的焙烧是一个复杂过程，存在着气固反应，固固反应以及固液反应；硫化锌精矿的焙烧目前只要采用液态化焙烧炉，液态化焙烧是一种强化焙烧过程的新方法，是固体液态化技术在炼锌工业中的具体应用，目前采用的液态化焙烧炉有带前室的直形炉、道尔型湿法加料直型炉和鲁奇扩大型炉三种类型，多采用扩大型的鲁奇炉（LURGI炉，又称为VM炉）。液态化焙烧炉是用固体液态化技术焙烧硫化矿的装置，具有气固间热质交换速度快、沸腾层内温度均匀、产品质量好、沸腾层与冷却壁的传热系数大、生产率高、操作简单、便于实现生产连续化和自动化等优点，而广泛应用于锌精矿的氧化焙烧。2锌精矿流态化焙烧基本原理及设备21锌精矿流态化焙烧的基本原理211锌精矿焙烧的目的与要求从硫化锌精矿中提取锌，除在近几年国外有几家工厂采用直接氧压浸出工艺外，传统的炼锌工艺不论是湿法还是火法流程，第一道工序均需将硫化锌精矿在高温且有氧存在的条件下进行流态化焙烧。焙烧的实质就是在氧化气氛中加热锌精矿，使其发生物理化学变化，改变其成分以适应下一步冶金过程的要求。锌精矿焙烧的目的是将精矿中的硫化锌（ZNS）尽量氧化变成ZNO，同时，也使精矿中的铅、镉、砷和锑等杂质氧化变成易挥发的化合物或直接挥发而从精矿中分离。使精矿中的硫氧化成，产出有足够浓度的二氧化硫烟气，以便制取硫酸。2SO212焙烧的固体流态化技术流化锌精矿的焙烧曾采用过反射炉、多膛炉、复式炉（反射炉与多膛炉的结合）、漂悬烧炉，目前则主要采用流态化焙烧炉。流态化焙烧炉是一种强化焙烧过程的新方法。锌精矿的流态化焙烧是固体流态化技术在炼锌工业中的用。流态化焙烧炉具有热容量大且热分布均匀、炉内各处温差小、反应速度快、焙烧强度高、操作简单、固气之间传热传质效率高等特点，因而焙烧过程被大大强化。213流化锌精矿的主要反应流化锌精矿流态化焙烧过程，实质上是在高温下借助空气中的氧进行的硫化物的组成主要取决于温度和炉气成分，通过控制温度和炉气成分这两个因素就可以控制焙烧产物组成，获得所希望的产物。参与焙烧化学反应的主要元素是锌、硫和氧，当处理含铁较高的精矿时，铁也是参与反应的主要元素。流化锌精矿中的锌主要以闪锌矿ZNS的形式存在，在流态化床焙烧中主要发生的化学反应有（1）硫化锌氧化生成氧化锌223ZNSOZNS（2）硫酸锌和三氧化硫的生成243（3）硫酸锌的生成反应是最复杂的，最终的反应可能是241ZNOSZNSO（4）ZNO与FE2O3形成铁酸锌ZNOFE2O3ZNOFE2O3214硫化锌精矿焙烧的动力学锌精矿的焙烧是一个复杂过程，存在着气固反应，固固反应以及固液反应；除有一般的化学环节，还包括吸附、解吸、内扩散、外扩散等物理环节和晶核生成、新相的成长等化学晶形转变等现象。另外，焙烧时还会出现稳定的中间化合物和多种硅酸盐、铁酸盐、硫酸盐等。决定硫化锌精矿氧化焙烧速度的控制环节1氧通过颗粒周围的气膜向其表面扩散外扩散；2氧通过颗粒表面的氧化物层向反应界面扩散内扩散；3在反应界面上进行化学反应；4反应的产物SO2向着与氧相反方向的扩散。22硫化锌精矿的沸腾焙烧221沸腾焙烧的工艺沸腾焙烧的工艺过程一般包括炉料准备及加料系统、炉本体系统、收尘及气体处理系统和排料系统四个部分。炉料准备包括配料、干燥、破碎与筛分。沸腾焙烧炉的加料方式有干法加料与湿法加料两种。硫化锌精矿沸腾焙烧时产生的高温烟气，一般先经过余热锅炉，利用烟气带出的热量生产低压蒸汽，然后经漩涡收尘及电收尘收集尘粒，从电收尘器排出的烟气用于制酸。沸腾焙烧所得焙烧矿自沸腾层溢流口排出，排出后多采用冷却圆筒进行冷却。焙烧矿可采用湿法和干法两种输送方式。在湿法炼锌时，沸腾焙烧产物焙烧砂及烟尘直接排入有中性硫酸锌液或废电解液的冲矿溜槽内，然后用泵送入浸出槽内。222沸腾焙烧的设备沸腾焙烧炉的结构包括内衬耐火材料的炉身、装有风帽的空气分布板、下部的钢壳送风斗、上部的炉顶和炉气出口以及侧变的加料装置和焙砂溢流排料口的。沸腾炉最重要的部分为炉底空气分布板及风帽，必须满足以下要求（1）必须使空气经过炉底的整个截面均匀在送入沸腾层；（2）不应使炉内焙烧矿漏入炉底的送风斗中；（3）炉底应能够耐热，不致于在高温下发生变形或损坏。精矿加入炉内后，在沸腾层高温作用下进行焙烧。焙烧所得烧矿经溢流口自动排出炉外。焙烧所得炉气携带矿尘从炉上部的炉气出口导入冷却及收尘系统。焙烧矿质量随操作的基本条件而变。根据湿法炼锌或还原蒸馏法炼锌对焙砂的要求不同，沸腾焙烧分别采用高温氧化焙烧和低温部分硫酸化焙烧两种不同的操作。223沸腾层温度（1）高温氧化焙烧（9001100）高温氧化焙烧又称为“死焙烧”，是为了获得适于还原蒸馏的焙砂以满足蒸馏需要。除了脱硫外，还要把精矿中铅、镉等主要杂质脱除大部分。在沸腾层中硫、铅、镉的脱除主要决定于焙烧温度。随沸腾层温度的升高，焙烧矿中S、PB、CD的含量降低。过剩空气量对脱铅与脱镉有影响，特别是对脱铅影响更为显著。（2）低温部分硫酸化焙烧（850900）低温部分硫酸化焙烧主要是为了得到适合湿法炼锌用的焙砂。要求在焙烧矿中留有少量可溶性硫（24SSO4，同时还应避免与减少铁酸锌和硅酸盐的形成，并除去一部分砷和锑。低温硫酸盐化焙烧的脱硫效率主要取决于温度。为得到含有少量可溶性硫的焙砂，沸腾层温度一般采用850900。低温焙烧的过剩空气量一般为2030。3操作气流速度与炉子尺寸的确定31操作气流速度的确定311颗粒平均直径本文根据理论经验，取M。301592D均312临界流态化速度由于低温部分硫酸化焙烧温度在（850900）范围内，取，T层850由查表可得，。KG/M3气03241303先计算AR2952GD均气369852402094094RE1717AR临界00258KKM床分离分离分离膛分离按公式，满足要求。33气体分布板331风帽形式选用带阻力的侧流型风帽。风帽孔眼规格取为6孔；阻力半孔眼规格8M取为5孔4M。332孔眼率（1）按孔眼喷出速度计算假定在正常情况下，入炉物料最大颗粒D1MM,据此计算应予校正36298104032717REAR68AR带出（大颗粒）大颗粒带出（大料钟）大颗粒，按公式（）（）查得43023104621/DFFMS带出带出（大颗粒）带出，则6057313/,101482TMS操作气孔眼孔层孔眼（）取按试B（）（2）按气体分布板的最小阻力计算床层压力按公式0HP层层层粒气（）（）操作气流速度下的平均雷诺数为根4602120102120159RE3AR8ER5860368447DPPA操作均层层据同类型工厂生产测定指数，锌精矿酸化焙烧在该操作气流下，约为075层左右，考虑到误差，本设计取P0190PA层板按公式在6011185273105016829TBGP气气孔操作层板以上两个计算结果中取较小值，即B4孔。333风帽个数取N6,D0008MM，则22F151N0785ND786孔本床前室个334风帽排列方式风帽采用等边三角形方式排列，外围三圈用同心圆排列。风帽中心170MM，外围三圈间距适当减小。34其他部件341风箱选用锥台式风箱，风箱容积按公式。1341342V90865782M风风箱342排热装置选用箱式水套气化冷却。按公式2FF864AQMKT排床水套水套均气化冷却蒸汽压力定为06MPA（绝对压力）。，下降管自气1580T进包泡出口至水套降温取308，。15T进（）T80T7T23LG23LG出进均层进层出2312246K/KS1WM水套（）锌精矿酸化焙烧正常情况下不会粘结于水套外壁，故。10S取。2201M4537/SWM，），11铜对按公式（380C）441221120/TTCWMK导辐（）24863045/MK壁导、（，取850TC2158038T441273748503270/MWK辐（按公式15093/7GKGH气对气（）（212562576H0148/37KGMWK对按公式（361）23152241869/0T8PMKPMPAC，取23152264/6W对于新水套，。30S248K11675230/WMK水套当结有水垢时，若234186058/WMK设23S05,K/MK水套则考虑到有一定结垢后炉子仍能继续运行，采用软化水，垢层最大允许厚度取05MM,故取。209/水套水套面积25367109M845F水套（取。为适应水套布置，按公式验算流化层高度21M水套（517092346HD水套层本床（原取流化层高度1M可满足水层要求。水套共分为8块，每块水套尺寸为13801000MM。343加料装置采用前室垂直加料。前室面积15M，高2M。加料管选用圆形断面，其直径公式，并取20/KGMH料220416133GFDM料料（选用。29无缝钢管344排料口采用外溢流排料。溢流口高度600MM。溢流口高度按公式0215GR排料溢粒02151047M2345排烟口采取炉膛侧面排烟。据公式（1023），取。10/S烟295187371T248640640VFF烟烟床烟烟（）取排烟口断面0928M15M。346开炉煤气烧嘴开炉用煤气的低发热值。开炉煤气耗量按公式475/QKJM用低415087315903M/24VCTGH烟烟烟烟用低（选用DW6烧嘴4个。35砖体351确定基本尺寸（1）炉身用230MM粘土砖，114MM保温砖砌筑，砖体与炉壳钢板之间用矿渣棉填充。（2）拱顶用耐火砖粘土砖砌球形顶，顶厚300MM。拱顶异型砖设计计算如下球形拱顶中心角。已知06743MR73M，取，则R。取供心砖的尺寸由此可算出圆心角0,45F上。0246“将球形拱顶分为16环，则每环之圆心角为0“0“125621726故0“234741360RBM（）砖缝按05MM计，则B241MM。7430212165CRBMR取C232MMF应大于70MM,取F100MMDFR730114RM352第一种砖型F1。1130,2,32,04,0BCEDMGF353第二种砖型F2按公式计算令N2,则274301012817384RGFNMRE其余尺寸ABCD,F同第一种砖型。354第三种砖型F3令N4,算出其余尺寸ABCD,F同第一种砖型。3362,4GME。355第五种砖型F4令N6,算出其余尺寸ABCD,F同第一种砖型。43,。356各环砌砖计算计算顺序，计算方法及结果列于下表中。表中未加说明的符号含意如下分别代表四种砖型的尺寸G加上05MM砖缝；1234G,分别代表四种砖型的尺寸E加上05MM砖缝；E分别代表全用F1，F2，F3型型砖砌成的球拱的内圈周长。123,L23,ZLGLZ拱砖的尺寸及重量一览表尺寸砖号ABCDEFG体积/C重