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1、冶金工程专业设计 年产5万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计 沸腾炉焙烧设计 题目：年产5万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计学生：胡振华 班级：冶金093班 学号：31号 指导老师：万林生 目录 第一章沸腾焙烧设计概述 (1) 1.1 原始资料 (1) 1.2 设计原则和指导思想 (1) 1.3 课程设计说明书内容 (1) 1.4 绘制图纸 (1) 第二章沸腾焙烧 (2) 2.1沸腾焙烧工艺 (2) 2.2沸腾焙烧设备 (2) 2.3沸腾焙烧特点 (3) 第三章沸腾焙烧冶金计算 (4) 3.1 沸腾焙烧冶金计算内容 (4) 3.2 锌精矿物相组成计算 (4) 3.3 烟尘产出率及其化学和物相组成计算 (5) 3.4
2、 焙砂产出率及其化学与物相组成计算 (7) 3.5 焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算 (8) 3.6 焙烧炉排出烟量和组成 (9) 3.7 热平衡计算 (11) 3.7.1 热收入 (11) 3.7.2 热支出 (13) 第四章沸腾焙烧主要设备选择计算 (15) 4.1 床面积 (15) 4.2 前室面积 (15) 4.3 流态化床断面尺寸 (15) 4.4 沸腾层高度 (16) 4.5 炉膛面积和直径 (16) 4.6 炉膛高度 (16) 4.7 炉膛空间体积V的确定 (17) 4.8 气体分布板及风帽 (17) 4.8.1 气体分布板孔眼率 (17) 4.8.2 确定炉底上风帽孔眼
3、的总数目： (17) 4.9 风帽 (17) 4.10 沸腾冷却层面积 (17) 4.11 水套中循环水的消耗量 (17) 4.12 风箱容积 (18) 4.13 加料管面积 (18) 4.14 排烟口面积 (18) 第五章沸腾炉经济技术指标 (19) 参考资料 (20) 第一章沸腾焙烧设计概述 1.1原始资料 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
4、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课程设计说明书内容 a)沸腾焙烧炉专题概述； b)沸腾焙烧； c)沸腾焙烧热平衡计算； d)主要设备（沸腾炉和鼓风炉）设计计算； e)沸腾炉主要经济技术指标； 1.4绘制图纸 1)沸腾焙烧结构总图（要求纵剖面和至少一个横剖面）
5、； 2)气体分布板部分图 第二章沸腾焙烧 2.1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
6、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 + 2 O2 = MeSO4 2）硫化物氧化生成氧化物 MeS + 1.5 O2 = MeO + SO2 3）金属硫化物直接氧化生成金属 MeS + 2 O2 = MeO + SO2 4）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较高，故极不
7、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MeOFe2O3，MeOSiO2等。 2.2沸腾焙烧设备 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
8、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。 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/(d m?)；对于通过33mm的筛孔的破碎块矿，焙烧强度为30t/(d m?)。 沸腾层高度即炉内排渣溢流堰离风帽的高度，一般为0.
9、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1070 1100,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，故炉气中二氧化硫浓度低而三氧化硫含量增加。 2.3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
10、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。 第三章 沸腾焙烧冶金计算 3.1 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； 3.2 锌精矿物相组成计算 原始数据： 分别呈ZnS 、CdS 、PbS 、2CuFeS 、8 7S Fe 2FeS ；脉石中的Ca 、Mg 、Si 分别呈 3 CaCO 、 3 MgCO 、2 SiO 形态存在。 以100kg 锌精矿（干量）进行计算。 1.ZnS 量 ：kg 38.664 .654 .9757.44=? 其中Zn ：44.57kg
11、 S ：21.81kg 2.CdS 量：kg 24.04 .1124.14419.0=? 其中 Cd ：0.19kg S ：0.05kg 3.PbS 量： kg 08.22 .2072.2398.1=? 其中：Pb ：1.8kg S ：0.28kg 4.2CuFeS 量： kg 92.05 .6335 .18332.0=? 其中：Cu ：0.32kg Fe ：0.28kg S ：0.32kg 5. 2FeS 和87S Fe 量：除去2CuFeS 中Fe 的含量，余下的Fe 为10.64kg 0.28-10.92=，除去ZnS 、CdS 、PbS 、2CuFeS 中S 的含量，余下的S 量为Kg
12、 54.9)32.028.005.081.21(00.32=+-。此S 量全部分布在2FeS 和87S Fe 中，设2FeS 中Fe 为x kg ，S 量为y kg ，则 872 S Fe FeS ? ?-= ?-?=83254.97 85.5564.102 3285.55y x y x 解得：x =5.24kg ，y =6kg 即2FeS 中：Fe=5.24kg 、S=6kg 、2FeS =11.24kg 。 87S Fe 中：Fe ：10.64-5.24=5.4kg S ：9.54-6=3.54kg 87S Fe ：8.94kg 6. 3CaCO 量：kg 29.31.561 .10084
13、.1=? 其中CaO ：1.84kg 2CO ：1.45kg 7. 3MgCO 量： kg 25.03 .403 .8412.0=? 其中MgO ：0.12kg 2CO ：0.13kg 表3-1 混合精矿物相组成，kg 3.3 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： Zn kg 39.2148.057.44=? Cd kg 114.060.019.0=? Pb kg 9.050.08.1=? C
14、u kg 16.050.032.0=? Fe kg 46.550.092.10=? CaO kg 92.050.084.1=? MgO kg 06.050.012.0=? 2SiO kg 48.250.096.4=? 其他 kg 85.050.07.1=? 按生产实践，烟尘中残硫以硫酸盐形态Sso 4为2.14%，以硫化物形态Ss 为1.73%。PbO 与SiO 2结合成PbO* SiO 2,余下SiO 2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*0.44*0.0173=0.761 Sso 4 量 100*0.44*0.0214=0.942 1.
15、ZnS 量： kg 316.232 4.97761.0=? 其中：Zn 1.555kg S 0.761kg 2.4ZnSO 量： kg 751.432 4 .161942.0=? 其中：Zn 1.925kg S 0.942kg O 1.884kg 332O Fe ZnO ?量：烟尘中Fe 先生成32O Fe ，其量为：kg 806.77 .1117.15946.5=?，32O Fe 有3 1与 ZnO 结合成32O Fe ZnO ?，其量为：kg 602.23 1806.7=? 。 32O Fe ZnO ?量为 kg 928.37 .1591 .241602.2=? 其中：Zn 1.07kg
16、Fe 1.82kg O 1.04kg 余下的32O Fe 的量：7.806-2.602=5.204kg 其中：Fe 3.64kg O 1.56kg 4.ZnO 量：Zn=21.3936-（1.555+1.925+0.82）=16.844kg ZnO kg 964.204 .654 .818436.16=? O 20.964-16.844=4.121kg 5.CdO 量：kg 130.04.1124 .128114.0=? 其中：Cd 0.114kg O 0.130-0.114=0.0162kg 6.CuO 量： kg 200.05 .635 .7916.0=? 其中：Cu 0.16kg O 0
17、.040kg 7.2SiO PbO ?量：PbO ， kg 969.02 .2072 .22390.0=? 其中：Pb 0.969kg O 0.069kg 与PbO 结合的2SiO 量： kg 261.02 .22360 969.0=? 剩余的2SiO 量：2.48-0.261=2.219kg 表3-2烟尘产出率及其化学和物相组成，kg 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： 焙砂中S SO4取1.10%，S S 取0.4%，S SO4和S S 全部与Zn 结合；PbO 与SiO 2结合成 PbO SiO 2；其他金属以氧化物形态存在。预定焙砂重量
18、为88*0.5=44kg ； 各组分化合物进入焙砂中的数量为：4 SO S 量：0.484kg ； S S 量：0.176kg ； 1.4ZnSO 量： kg 441.232 4 .161484.0=? 其中：Zn 0.989Kg O 0.968Kg 2.ZnS 量： kg 536.032 4 .97176.0=? 其中：Zn 0.36kg S 0.176kg 3.32O Fe ZnO ?量：焙砂中Fe 先生成32O Fe ，其量为 kg 806.77 .1117.15946.5=?，32O Fe 有40%与ZnO 结合成32O Fe ZnO ?，其量为kg 123.34.0806.7=?。
19、32O Fe ZnO ?量： kg 714.47 .1591 .241123.3=? 其中：Zn 1.279kg Fe 2.184kg O 1.251kg 余下的32O Fe 量：kg 683.4123.3806.7=- 其中：Fe 3.275kg O 1.408kg 4.ZnO 量：Zn kg 608.20)279.136.0989.0(176.23=+- ZnO kg 650.254 .654 .81608.20=? O 5.042kg 5.CdO 量： kg 0868.04 .1124 .128076.0=? 其中：Cd 0.076kg O 0.0108kg 以上计算结果列于下表 表3-
20、3焙砂的物相组成，kg 3.5 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 精矿中S 量为32.00kg ，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2SO ，5%的S 生成3SO ，则： 生成2SO 需要的2O 量为：22SO O S =+ kg 155.2832 3295.0637.29=? ? 生成3SO 需要的2O 量为：322 3SO O S =+ kg 223.232 4805.0637.29=?
21、? 烟尘和焙砂中，氧化物和硫酸盐的含氧量为8.730+8.789=17.519kg ，则100kg 锌精矿（干量）焙烧需理论氧量为： kg 897.47519.17223.2155.28=+ 空气中氧的质量百分比为23%，则需理论空气量为： kg 248.20823 100 897.47=? 过剩空气系数可取1.251.30，本文取1.25，则实际需要空气量为： kg 260.3101.25208.248=? 空气中各组分的质量百分比为2N 77%，2O 23%，鼓入267.419kg 空气，其中： 2N kg 439.200%77310.260=? 2O kg 871.59%23310.26
22、0=? 标准状况下，空气密度为1.2933m kg ，实际需要空气之体积为： kg 322.202293 .131.260= 空气中，2N 和2O 的体积百分比为79%、21%,则： 2N kg 045.159%79322.201=? 2O kg 278.42%21322.201=? 3.6 焙烧炉排出烟量和组成 1.焙烧过程中产出 2SO kg 310.5632 64 %95637.29=? ? 3SO kg 705.332 80 %5637.29=? 2.过剩的2O 量：kg 974.11897.47871.59=- 3.鼓入空气带入的2N 量：kg 439.200 4.3CaCO 和3MgCO 分解产2CO 量：1.45+0.13=1.58kg 5.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kg 696.8%1008 1008=?-。 空气带入水分量计算 假设该地区气象资料：大气压力754.8mmHg ，相对湿度77%，年平均气温17.5C ，换算