沸腾炉的设计

1、沸腾炉的设计-设计内容之三第三章沸腾焙烧炉的设计计算由于热平衡计算中，在计算炉子的热损失时需要知道沸腾全部炉壁与 炉顶的总表面积。所以在热平衡计算之前应先沸腾炉主要尺寸的计算。3.1 '沸腾焙烧炉主体尺寸的计算(一)沸腾焙烧炉单位生产率的计算在计算沸腾炉炉床面积时，本例题所采用的炉子单位生产率不按生产实践数字选取而是按理论公式(6-2-1 )进行计算。单位生产率A= ( 6-2-1)式中：1440天的分钟数；系数,介于0.93-0.97之间；一一单位炉料空气消耗量，；一一最佳鼓风强度，。(6-2-1 )式中只有不知道，根据研究结果=(1.2-1.4) k(6-2-2)式中，k一最低鼓风

2、强度，根据理论(6-2-3)式中：一一物料间自由通道断面占总沸腾层断面的比率，一般介于0.15-0.22，对硫化物取0.15，对粒状物料如球粒取0.22 ； 0.15一一单位体积的鼓风量在炉内生成的炉气量，炉料的比重，4000 ；炉气重度，=1.429 ；一一通过料层炉气的算术平均温度，=460 ；物料粒子平均粒度，米。根据已知精矿的粒度组成，精矿中大粒部分：粒度 0.323mm10% (33%)0.192 mm20% (67%)共计=0.930% ( 100%)=0.9 (0.67x0.192+0.33x0.323) =0.212 mm精矿中细粒部分：粒度 0.081 mm 35% (50%

3、)0.068 mm 35% (50%)共计70% ( 100%)=0.9=0.9 (0.50x0.068+0.50x0.081) =0.067 mm对全部精矿：大粒部分0.212 mm 30%细粒部分 0.。67 mm 70% = x =0.32物料粒子平均粒度按经验公式计算，对混合料，平均S 0415时， 粒度根据小粒体积含量按下式计算：=5% +95%=0.05x0.212+0.95x0.067=0.074 mm=74x 把上述数字代入(6-2-3)式：=(1.21.4) k，选用系数1.2,则最佳鼓风强度=1.2k=1.2x7.403=8.884现在就可以计算炉子的单位生产率：A= =6

4、.925沸腾炉的单位生产率(床能力)与操作气流速度有失，因此也可按 以下公式计算求得：A=(6-2-4)式中：一一操作气流速度，米/秒。的大小与物料的流化性质和工艺条件、物料颗粒大小等有关，可以根据对入炉物料实验测定的临界沸腾速度和颗粒带出速度来确定，或是参照同 类物料沸腾焙烧的实测数据选取。锌精矿硫酸化沸腾焙烧操作气流速度在0.45-0.54之间，这里选用0.54米/秒。则:A= =6.059此外，根据经验数据，锌精矿硫酸化沸腾焙烧单位生产率一般在5-6之间，取6与(6-2-1 )、(6-2-4)的计算结果，三项求平均值，并取整：A= =6.217故取A=7进行计算。二)沸腾焙烧炉炉床面积及

5、主要尺寸的计算1、床面积计算式中：F沸腾焙烧炉炉床面积，Q每日处理的锌精矿量，吨；A沸腾焙烧炉单位生产率，。所以，=31.43。2、沸腾焙烧炉炉型的选择(1)床型沸腾床有柱形和锥形床两种。对于浮选精矿一般采用柱形床。对于宽 筛分物料以及在反应过程中气体体积增大很多或颗粒逐渐变细的物料，可采 用上大下小的锥形床。本设计采用柱形床。沸腾床断面形状有圆形、矩形(或椭圆形)两种。圆形断面的炉子，具 有炉体结构强度大、材料较省、散热较上、空气分布均匀、沸腾均匀等优 点。但砌筑用成型较多，炉顶需用异形砖。圆形断面的炉子，大、中、小均 适用。矩形断面的炉子，炉体结构强度小，炉体四周沸腾不良；但砌筑用成型 简

6、单。当炉床面积较小而又要求物料出口间有较大距离的时候，可采用矩形 或椭圆形断面的炉子，有利于改善炉料料短路。本设计中采用圆形断面。(2)炉膛形状炉膛形状有扩大型和直筒型两种。为提高操作气流速度，减少烟尘率 和延长烟尘在炉膛内的停留时间以保证烟尘质量，目前多采用扩 大型炉膛。对于锌精矿高温焙烧，由于温度高，矿尘易粘结在扩大段折角炉壁上，当积灰塌 落时，易造成死炉。炉膛扩大部分炉腹角一般为15-20度；炉膛直径与沸腾 层直径之比为1.4-1.6。本设计中炉腹角和炉膛与沸腾层直径比值分别取18度和1.4。3、沸腾层高度与炉子总高的计算沸腾层高度按以下(6-2-7)式计算=(5-9) /F(6-2-7

7、)式中：一一沸腾层最小容积，；F沸腾层面积，即，。系数值的大小与沸腾炉大小、精矿化学 成分、粒度组成等有关。随沸腾炉炉床面积、矿粒度、精矿含硫量的增加， 系数值可以取大一些，这里取9。=(6-2-8)式中：Q一一每天处理的锌精矿量，吨；一一沸腾层中锌精矿的单位容积，/吨。在沸腾情况下，精矿单位容 积大约增加到四倍，即=4=1 /吨。一一为了保证焙烧完全，精矿在沸腾炉内必须停留的最少时间，小 时。=(4-5) /W( 6-2-9)式中：W焙烧速度，米/时；对锌精矿为0.0035-0.0070米/时。本设计题中，=0.323 nun ；取 W=0.0035米/时，贝I=5x0.323x /0.00

8、35=0.461 小时则沸腾层高度为=(5-9) /F=8x =1.11米合1.2米根据经验值，沸腾层高度一般在0.9-1.3米之间，计算结果符合验算沸腾层高度：因此，上述计算得到 的沸腾层高度符合要求。下面计算炉子主体各部分高度(参看参考图例)：:假定+ =2.5米(+应稍大于前室高度，以便于修检)则=2.5-1.2=1.3 米:根据几何知识，=按照前面的约定，取20度,=1.4 =8.68米，代入上式彳导=(8.68-6.2) x cot2072=3.407 tK : + + =其中，=(10 18) =18x31.43=565.74= =3.1416 xx1.3/4=39.248=.(+

9、 +R r- )/3式中,R=8.68/2=.34米,r=6.2/2=3.1米厕=3.1416x3.407 x( + +3.1 4x.34)/3=149.490=59.174贝(J =6.371 米故=+ + =1.3+3.047+6.371 =11.078 米=+=1.2+11.078=12.278 米3.2、风帽的设计计算1 .风帽的型式：风帽的型式，一般有菌形、锥形伞形三种。有的地方 则把风帽 分为直流型、侧流型、密孔型和填充型四种。伞形风帽(即侧流型)广泛用于重有色冶炼厂的沸腾焙烧炉上。伞 形风 帽如图6-3所示。伞形风帽的风眼钻在侧边，共有对称孔四个或六个，每个孔径为8 10毫米。风

10、帽与风管连接处放一阻力板，板上钻孔3或5个，孔径5毫 米。风帽以螺丝与直径45毫米的无缝钢管连接，用螺母固定 在分布板上。 也可用套管式，即风帽与铸铁管连接，插入焊于分布板上的无缝钢管套管 内。这种形式拆装方便。安装时要避免相邻风帽之风眼相对，否则易产生腾 冲现象。从风帽的侧孔喷出的气体紧贴分布板面进入床层，对床层搅动作 用较好，孔眼不易被堵塞，不易漏料，不易烧穿与漏犷，停炉后扎通风眼较 易，而且制 造简单。伞形风帽材料用一般铸铁(含Si 4-5 % )制造。不论采 用高温或低温焙烧，其使用期限均可达12-16个月。风帽的风眼断面积之 和，一般采用为炉底面积的1 %左右。2。风帽的排列风帽的排

11、列密度一般为每平方米3570个。风帽中心距100-180 毫米，视风帽排列密度和排列方式而定。在可能条件下，加大风帽排列密 度，有助于改善初始流态化条件。风帽采用下列三种排列方式。(1)同心圆排列，适用于圆形炉。(2)等边三角形排列，其最大优点是：排列均匀，布置紧凑，风帽中心距相等。对圆形或矩形分布板均适用。当用于圆形分布板时，最外2-3圈应 采用同心圆排列。(3)正方形排列，适用于矩形炉子。三种排列方式如图6-4所示。无论采用那种排列方式，为了使分布板各处的气流均匀，炉内各部位 的实际排列密度应适应进风箱结构及进风方式的特点。例如中心进风的圆形 炉由于进风箱边缘风压较低，通常周边的排列密度应

12、比中间大。3.气体分布板气休分布板一般由风帽、花板及耐火衬垫构成。气休分布板的设计应 考虑到下列条件。(1)使进入床层的气体分布均匀，创造良好的初始流态化条件；(2)有一定的孔眼喷出速度，使物料颗粒，特别是使大颗粒受到激发而湍 动；(3)具有一定的阻力，以减少沸腾层各处料层阻力的波动；(4)应不漏料，不堵塞，耐磨擦，耐腐蚀，耐高温，不变形；(5)结构简单，便于制造、安装和维修。4.风帽个数的计算 风帽个数可按6-2-14与6-2-15式计算。n = 1.2 x 6-2-14式中：n风帽个数，个；V 一空气消耗量，标米3/秒；W空气喷出速度，米/秒；f 一一个风帽喷 出孔的断面积，米2。在本例中

13、：空气消耗量为：=4.704标米8 /秒；空 气喷出速度一般为1015米/秒，本例题取15米/秒。风帽喷出孔直径d=10毫米，一个风帽有四个喷出孔。故n = 1.2x =1198个每平方米沸腾床面积具有的风帽个数为：=38.1个/米2 (一般为3570个/米2)风帽个数还可以由下式求出N= 6-2-15式中：b孔一孔眼率，本例题取1.1% ；n一个风帽上的孔眼数，个；d孔一风帽孔眼直径，米。N= =1102个 最终取两种方法计算结果的算术平均值，所以N=1150 个3.3、 风箱的设计计算沸腾焙烧炉风箱容积的大小，可根据下述经验公式估算，并结合炉子 结构及工艺配置等情况调整确定。=()1.34

14、 (米 3)式中：一风箱容积，米3；一鼓风量，米3/时。故=(1792x220 / 800x24) 1.34= ( ) 1.34=65.223 tK 3又=71/12 (D2床+D2底+D床.D底).H风箱设D底=3.8米，解得：H风箱=3.260米3.4、 加料前室的设计计算1、加料前室面积及沸腾床直径的确定大中型沸腾焙烧炉一般者设有加料前 室，小于五平方米的炉子由一般不设前室。加料前室的送风与炉内的送风 是分开的。加料前室有 矩形和扇形两种，扇形有利于物料向炉膛内部扩散。实践证明，前室面积过小及过狭都是不适当的。因此，前室最好宽些，其面 积通常为沸腾床面积的5-10%，一般为1.5-2.0

15、平方米。由于前室三面边墙 容易堆矿，故下料管的插入应该离边墙远一些，以离边墙150-200毫米为 宜。下料管直径一般为200毫米左右，插入尝试为距沸腾庆表面100-150毫 米，并装有气封装置，以防止炉气正压时外冒。本设计中，取=1.5。圆形沸腾焙烧炉炉床直径（6-2-6）式确定：D=（米）取沸腾床直径为=6.2米，此时沸腾炉炉床面积实际为：米则沸腾炉实际单位生产率为:内圆：Sin 一前室与沸腾床公切圆半径外圆：一前室与沸腾床=()/2=0.225公切圆半径3、加料装置尺寸的确定采用前室垂直加料管加料。前室面积1.5米2，前室高2米。加料管 选用圆形断面，其直径按下式确定。尸管=式中：F管一加

16、料管流通面积，米2，G料一加料量，吨/小时，W料一物料的质量流率，吨/米2 时。W料与加料管的位置、形状及物料性质有关。对于干燥后的有色金属矿料，当加料管垂直设置时，一般川料=200300吨/米2 时，当加料管为倾斜时， 一般矿W料=150200吨/米2 .时。若物料较 粘，加料量较小，断面形状不是圆形时，W料应取偏小值，但为了保证料 畅通及连接之方便，加料管直径不应小于100毫米。本例题取W料=200 吨/米2 时。贝UF 管=0.0458 米 2加料管直径d=1.13=0.242米选用d242x6的无缝钢管。3.5、 排料口及排烟口的设计计算1、排料口尺寸计算采用外溢流排料，物料经由溢流口直接排出炉外。排料口溜矿面可采用耐火混凝土捣打而成，其坡度应大于 60。外溢流排料处应 设置清理口，溢流口孔洞的高度主要视操作需要而定，一般为300800毫 米。本例题取600毫米。溢流口宽度按下式计算。B 溢=500 ( ) 0.23 毫米式中：G排料一炉子排料量，公斤/小时，B溢一溢流口宽