冶金工程专业设计-年产5万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计 4

1、?锌精矿硫酸化沸腾炉焙烧?设计说明书指导老师：姓 名：学 号：班 级：完成日期：江西理工大学 建筑与资源系二0一三年十二月目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc345495250 第一章沸腾焙烧设计概述 PAGEREF _Toc345495250 h 1 HYPERLINK l _Toc345495251 原始资料 PAGEREF _Toc345495251 h 1 HYPERLINK l _Toc345495252 设计原那么和指导思想 PAGEREF _Toc345495252 h 1 HYPERLINK l _Toc345495253 课程设计说明书内容

2、 PAGEREF _Toc345495253 h 1 HYPERLINK l _Toc345495254 绘制图纸 PAGEREF _Toc345495254 h 1 HYPERLINK l _Toc345495255 第二章沸腾焙烧 PAGEREF _Toc345495255 h 2 HYPERLINK l _Toc345495256 沸腾焙烧工艺 PAGEREF _Toc345495256 h 2 HYPERLINK l _Toc345495257 沸腾焙烧设备 PAGEREF _Toc345495257 h 2 HYPERLINK l _Toc345495258 沸腾焙烧特点 PAGER

3、EF _Toc345495258 h 3 HYPERLINK l _Toc345495259 第三章沸腾焙烧冶金计算 PAGEREF _Toc345495259 h 4 HYPERLINK l _Toc345495260 沸腾焙烧冶金计算内容 PAGEREF _Toc345495260 h 4 HYPERLINK l _Toc345495261 锌精矿物相组成计算 PAGEREF _Toc345495261 h 4 HYPERLINK l _Toc345495264 烟尘产出率及其化学和物相组成计算 PAGEREF _Toc345495264 h 5 HYPERLINK l _Toc34549

4、5265 焙砂产出率及其化学与物相组成计算 PAGEREF _Toc345495265 h 7 HYPERLINK l _Toc345495268 焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算 PAGEREF _Toc345495268 h 8 HYPERLINK l _Toc345495269 焙烧炉排出烟量和组成 PAGEREF _Toc345495269 h 9 HYPERLINK l _Toc345495270 热平衡计算 PAGEREF _Toc345495270 h 11 HYPERLINK l _Toc345495271 热收入 PAGEREF _Toc345495271 h 11

5、HYPERLINK l _Toc345495272 热支出 PAGEREF _Toc345495272 h 13 HYPERLINK l _Toc345495273 第四章沸腾焙烧主要设备选择计算 PAGEREF _Toc345495273 h 15 HYPERLINK l _Toc345495274 床面积 PAGEREF _Toc345495274 h 15 HYPERLINK l _Toc345495275 前室面积 PAGEREF _Toc345495275 h 15 HYPERLINK l _Toc345495276 流态化床断面尺寸 PAGEREF _Toc345495276 h

6、15 HYPERLINK l _Toc345495277 沸腾层高度 PAGEREF _Toc345495277 h 16 HYPERLINK l _Toc345495278 炉膛面积和直径 PAGEREF _Toc345495278 h 16 HYPERLINK l _Toc345495279 炉膛高度 PAGEREF _Toc345495279 h 16 HYPERLINK l _Toc345495280 炉膛空间体积V确实定 PAGEREF _Toc345495280 h 17 HYPERLINK l _Toc345495281 气体分布板及风帽 PAGEREF _Toc34549528

7、1 h 17 HYPERLINK l _Toc345495282 气体分布板孔眼率 PAGEREF _Toc345495282 h 17 HYPERLINK l _Toc345495283 确定炉底上风帽孔眼的总数目： PAGEREF _Toc345495283 h 17 HYPERLINK l _Toc345495286 风帽 PAGEREF _Toc345495286 h 17 HYPERLINK l _Toc345495287 沸腾冷却层面积 PAGEREF _Toc345495287 h 17 HYPERLINK l _Toc345495288 水套中循环水的消耗量 PAGEREF _

8、Toc345495288 h 17 HYPERLINK l _Toc345495289 风箱容积 PAGEREF _Toc345495289 h 18 HYPERLINK l _Toc345495290 加料管面积 PAGEREF _Toc345495290 h 18 HYPERLINK l _Toc345495291 排烟口面积 PAGEREF _Toc345495291 h 18 HYPERLINK l _Toc345495292 第五章沸腾炉经济技术指标 PAGEREF _Toc345495292 h 19 HYPERLINK l _Toc345495293 参考资料 PAGEREF _

9、Toc345495293 h 20沸腾焙烧设计概述 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(%)44.63.2 设计原那么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,设计应遵循的原那么和指导思想为：1、遵守国家法律、法规，执行行业设计有关标准、标准和规定，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拟，以确定最正确方案；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那么；4、要按照国家有关劳动平

10、安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根底上，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。 课程设计说明书内容沸腾焙烧炉专题概述；沸腾焙烧；沸腾焙烧热平衡计算；主要设备沸腾炉和鼓风炉设计计算；沸腾炉主要经济技术指标； 绘制图纸 沸腾焙烧结构总图要求纵剖面和至少一个横剖面； 设计时间 2021年12月30至2021年1月3号沸腾焙烧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、最容易获得的碳质复原剂复原，也不容易被廉价的，

11、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响的过程，将大量的空气或富氧空气通入硫化矿物料层，在高温下发生反响，氧与硫化物中的硫化合产生气体SO2，有价金属那么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，硫化物的氧化反响主要有：硫化物氧化生

12、成硫酸盐 MeS + 2 O2 = MeSO4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 + SO2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拟高，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响过程。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，也可能相互反响，如： FeS + 3FeSO4 = 4FeO + 4SO2

13、由上述各种反响可知，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MeOFe2O3，MeOSiO2等。沸腾焙烧设备沸腾焙烧炉炉体以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

14、、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33mm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

15、硫浓度低而三氧化硫含量增加。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。沸腾焙烧冶金计算 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； 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ZnFe

16、CdCuPbSSiO2CaoMgo其他wB(%)44.63.2根据精矿的物相组成分析，精矿中各元素呈以下化合物形态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：44.622.CdS量：3.PbS量：4.量：5. 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量全局部布在和中，设中Fe为x，S量为y，那么 解得：=5.11，= 即中：Fe=5.11、S=、=1。9-5.11=5.583-=3.65 ：6. 量： 47. 量： 表3-

17、1 混合精矿物相组成，组成ZnCdPbCuFeSCaOMgOSiO2其他共计ZnS44.6266.42CdSPbSCuFeS2FeS25.111Fe7S85.583.65CaCO348MgCO3SiO2其他1.631.63共计44.63271.63100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%，那么烟尘量为：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%

18、，以硫化物形态Ss为1.73%。PbO与SiO2结合成PbOSiO2,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 Sso4 量 1001.ZnS量：2.量：3量：烟尘中Fe先生成，其量为：，有与ZnO结合成，其量为：。量为4余下的413 74.ZnO量：Zn=21.408-1.555+1.925+58 ZnO O 20.982584kg5.CdO量：6.CuO量：7.量：PbO， 与PbO结合的量： 剩余的2组成ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共计表3-2烟尘产出率及其化学和物相组成，ZnS1.555 0.761 2

19、.316 ZnSO41.925 0.942 1.884 4.751 ZnO58 4.121 79 ZnOFe2O31.070 1. 841.040 Fe2O37 1.560 CdO0.114 0.016 0.130 CuO0.16 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15 15 共计21.408 0.114 0.16 0.900 85 0.761 0.942 0.920 0.060 2.48 8.535 15 61 % 7 82.14 11.768

20、2.24 9 4 20.02 1.893 100 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 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880.5=44kg；各组分化合物进入焙砂中的数量为：；1.量： KgKg 2.ZnS量： 3.量：焙砂中Fe先生成，其量为，有40%与ZnO结合成，其量为。量： 84948余下的量： 115量：Zn

21、ZnO O5.CdO量： 1以上计算结果列于下表 组成ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共计ZnS0.36 0.176 0.536 ZnO2 3 ZnOFe2O384 94 8 36 Fe2O399 15 4.705 CdO0.076 0.011 0.087 CuO0.160 0.18 PbOSiO20.900 0.26 0.069 24CaO0.920 0.92 MgO0.060 0.060 SiO22.22 2.22 其他15 15 共计2 0.076 0.160 0.900 85 0.176 0.484 0.920 0.060 2.48 51 15 4%5 7 8

22、 11.17 0.40 4 5.7 1.87 100 表 3-3 焙 砂 的 物 相 组 成， 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，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，那么：生成需要的量为： 生成需要的量为：351=17.484，那么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%，那么需理论空气量为：过剩空气系数可取1.251.30，这里取1.25，那么实际需要空气量为：空气中

23、各组分的质量百分比为77%，空气，其中： ，实际需要空气之体积为： 空气中，和的体积百分比为79%、21%,那么： 焙烧炉排出烟量和组成 量：量：4.和分解产475.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，换算成此条件下空气需要量为：，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%951.01270.799200.292160.234366764.10568共计285.228204.298100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参加产出名称质

24、量百分比，%名称质量百分比，%干锌精矿100.000 1 烟尘4 1 精矿中水分8.696 2.340 焙砂41干空气260.1202 烟气285.228 7 空气中水分89共计371.505100.000 共计37100.000 热平衡计算热收入进入流态化焙烧炉热量包括反响热及精矿、空气和水分带入热量等。ZnS+1O=ZnO+SO+105930千卡生成ZnO的ZnS量： Q=ZnS+2O=ZnSO+185050千卡生成ZnSO的ZnS量:Q=OO放出的热量Q:ZnO+ FeOO+27300千卡O的ZnO量Q= 按下式反响氧化放出热量Q 4FeS+11O=2 FeO+8 SO+790600千卡

25、 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：8.774+0.44=kg Q=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2222千卡那么： 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=876+16=892千卡 CdS+O=CdO+SO+98800千卡 生成CdO的CdS量： Q =S按下

26、式反响氧化放出热量Q CuS+2 O= 2CuO+ SO+127470千卡生成CuO的CuS量： Q=10 进入流态化焙烧炉的精矿温度为40 Q10=11,空气温度为20, Q11=，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=64418+8246+983+15366+15881+1193+892+167+320+800+1362+350 = 109978千卡；热支出炉顶烟气900C,各比分比热为()：SO SO C O N O HO 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 Q=49000.2=7539焙砂

27、带走的热量为Q由炉中出来的焙沙温度为850Q=48500.2=73954.锌精矿中水分蒸发带走热量为Q Q=GtC+GV 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= 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%=1099780.05=5499千卡 Q= Q-Q+Q+Q+ Q+Q分+Q分+Q =1099978-(66743+7539+7395+5350+1318+1301+5499)=14869千卡计算结果列于下表热收入热支出工程千卡工程千卡焙烧反响热烟气带走热66743 ZnS氧

28、化成ZnO644185 烟尘带走热7539 ZnS氧化成ZnSO48246 7.50 焙沙带走热7359 ZnO和Fe2O3反响生成ZnOFe2O3983 9 水分蒸发带走热5350 4.89 FeS2氧化成Fe2O315881 碳酸盐分解723 FeS氧化成Fe2O315366 13.97CuFeS2和Fe7S8分解1301 1.19 分解硫燃烧11939 炉顶及炉壁散热5499 3PbS生成PbOSiO2892 0.81 剩余热148691 CdS氧化成CdO167 5 Cu2O氧化成CuO320 9 精矿带入热800 空气带入热13624 水分带入热350 2 共计1099780 共计1

29、09419100.000 表 3-6 锌 精 矿 流 态 化 焙 烧 热 平 衡沸腾焙烧主要设备选择计算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：3；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a= ；取锌回收率为94%，锌精矿含锌=44.57%A=那么 前室面积2.流态化床断面尺寸 沸腾层高度据生产经验为H层=1米炉膛面积和直径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

30、/s；那么W腰 ，炉腹角取。炉膛高度炉腹角取未扩大直筒局部。炉腹角取；扩大局部高度；炉膛高度 式中t烟气在炉内必须停留的时间，秒，取20.=炉膛空间体积V确实定对于锌的酸化焙烧，一般取V炉膛=10-12F本床；V炉膛=11=；气体分布板及风帽 气体分布板孔眼率：根据经验本设计取1.1%； 风帽分菌形、伞形、锥形等，风帽孔眼有侧孔式、直通式、密孔式等。本设计采用侧孔式菌形风帽，因为从侧孔喷出的气体紧贴分布板面进入流态化床，搅动作用好，孔眼 不易堵塞、不易漏料等。风帽的孔眼数一般为4、6、8，孔眼直径。高温氧化焙烧炉的孔眼直径取。风帽材料多用普通铸铁，高温氧化焙烧应采用耐用铸铁。风帽数量一般可由下

31、式计算： 式中 风帽个数； n 一个风帽上的孔眼个数，6； 风帽孔眼直径，mm，8mm；分布板孔眼率，%，1.1%。本设计采用的风帽个数为：所以=2074个。 沸腾冷却层面积冷却水的平均温度为40摄氏度 410水套中循环水的消耗量 A冷却 = Q剩余/Ctt入水 其中，A冷却：水套中循环水的消耗量； C：水的比热，； t入水：循环水的入水温度， ； q：水的汽化热，KJ/Kg；可查相应的图表求出。 A冷却 =kg/时假设用汽化冷却，用水量为冷却水的 QUOTE 即F冷却 =/25= kg/时 V风箱=V鼓风/800 ( m3) 其中，V鼓风：炉底鼓风量，m3/h ； V风箱3 F加料 = G加

32、料/W加料 m2 其中，G加料：加料量，t/h；W加料：加料管内质量流量，t/ M2h；加料管为垂直设置时，一般W加料= 200300 t/( m2h )。 4.13 溢流排料口溢流排料口的高度视操作要求而定，一般为300800mm。溢流排料口的宽度要与排料量相适应，可按以下经验公式计算： B溢流 =500G排料/颗粒0.23 (mm)其中，G排料：溢流排料口排料量，Kg/h；为加料量减去烟尘和物料的烧减量。 颗粒：溢流排料口排出物料的真密度，Kg/ m3 。本设计采用外滥流排料。溢汉口孔洞高度600毫米。 溢流口尺寸:598mm600mm。 4.14 排烟口的面积F排烟 的计算 F排烟 =

33、aV烟1+t烟气F炉床 /86400W排烟m2其中，t烟气 为烟气的温度，；W排烟为烟气的排出速度，10m/s。F排烟 =设用矩形断面，高与宽之比为，那么高=，宽为m。排烟口断面为：高宽=157mm195mm。第五章沸腾炉辅助设备的选择计算沸腾炉辅助设备主要有风机、收尘设施及检测仪表等。这时主要介绍风机的选择计算。风机的风压由炉底气流分布板压降、沸腾层压降、管道压降与裕量所决定。1、炉底气流分布板压降P炉底：P炉底 =100500 ( mmWG) ，本设计取3002 、 沸腾层压降P沸腾层：P沸腾层=H沸腾层1沸腾层颗粒气体+P颗粒 +P器壁 ( Pa)其中，沸腾层：沸腾层孔隙度，一般沸腾层；P颗粒：颗粒间的摩擦阻力，Pa； P器壁：颗粒与器壁间的摩擦阻力，Pa；P颗粒+P器壁一般为100120 mmWG ，本设计取110。P沸腾层=1.37 QUOTE QUOTE +110= 1794Pa3、 管道压降P管道：可按实际管道布置求出。一般为100150 mmWG ，本设计取130。4、 总压降P总：P总=P炉底+P沸腾层+P管道 注意压力单位要统一：1 mmWG=1 mmH2O=9.81 Pa P总=300 QUOTE 9.81+1794+130 QUOTE 9.81=6012.3 Pa5 风机标称压力P：为了满足开炉及其他时候对于风压的需要，要求风机风压有20%30%的风量