1、 i沸腾炉焙烧设计题目：年产 5 万吨锌冶炼沸腾焙烧炉设计ii目录第一章 沸腾焙烧设计概述 .11.1 原始资料 .11.2 设计原则和指导思想 .11.3 课程设计说明书内容 .11.4 绘制图纸 .1第二章 沸腾焙烧 .22.1 沸腾焙烧工艺 .22.2 沸腾焙烧设备 .22.3 沸腾焙烧特点 .3第三章 沸腾焙烧冶金计算 .43.1 沸腾焙烧冶金计算内容 .43.2 锌精矿物相组成计算 .43.3 烟尘产出率及其化学和物相组成计算 .53.4 焙砂产出率及其化学与物相组成计算 .73.5 焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算 .83.6 焙烧炉排出烟量和组成 .93.7 热平衡计算
2、.113.7.1 热收入 .113.7.2 热支出 .13第四章 沸腾焙烧主要设备选择计算 .154.1 床面积 .154.2 前室面积 .154.3 流态化床断面尺寸 .154.4 沸腾层高度 .164.5 炉膛面积和直径 .164.6 炉膛高度 .164.7 炉膛空间体积 V 的确定 .174.8 气体分布板及风帽 .174.8.1 气体分布板孔眼率 .174.8.2 确定炉底上风帽孔眼的总数目： .174.9 风帽 .174.10 沸腾冷却层面积 .174.11 水套中循环水的消耗量 .174.12 风箱容积 .184.13 加料管面积 .184.14 排烟口面积 .18第五章 沸腾炉经
3、济技术指标 .19参考资料 .201第一章 沸腾焙烧设计概述1.1原始资料锌精矿的化学成分（%，质量百分数）化学成分 Zn Fe Cd Cu Pb S SiO2 Cao Mgo 其他wB(%) 44.57 10.92 0.19 0.32 1.80 32.00 4.96 1.84 0.12 3.781.2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
4、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） ；2) 气体分布板部分图2第二章
5、 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。同时去掉砷、锑等杂质，硫生成二氧化硫进入烟
6、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 = MeSO42）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 + SO24）硫酸盐离解MeSO4 = MeO + SO3SO3 = 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
7、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、MeSO 4以及 SO2 、SO 3 和 O2。此外还可能有 MeOFe2O3，MeOSiO 2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，埋设有许多侧面开小孔的风帽。炉膛中部为向上扩大的圆锥体，上部焙烧
8、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。3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/( )；对于通过 33mm 的dm筛孔的破碎块矿，焙烧强度为 30t/( )。dm 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、
9、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，操作费用低；开车迅速而方便，停车引起的空气污染少。
10、但沸腾炉炉气带矿尘较多，空气鼓风机动力消耗较大。4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：锌精矿的化学成分（%，质量百分数）化学成分 Zn Fe Cd Cu Pb S SiO2 Cao Mgo 其他wB(%) 44.57 10.92 0.19 0.32 1.80 32.00 4.96 1.84 0.12 3.78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、 、 ；脉石中的 Ca、Mg、S
11、i 分别呈 、2CuFeS872FeS3CaO、 形态存在。3MgCO2Si以 100 锌精矿（干量）进行计算。k1.ZnS 量 ： 其中 Zn：44.57 S：21.81kg38.64.597kgkg2.CdS 量： 其中 Cd：0.19 S：0.0520103.PbS 量： 其中：Pb：1.8 S：0.28k.278 kk4. 量： 其中：Cu：0.32 Fe：0.28 S：0.32CuFeSg9563ggkg5. 和 量：除去 中 Fe 的含量，余下的 Fe 为 ，除去2872CuFeS 10.64.28-109ZnS、CdS、PbS、 中 S 的含量，余下的 S 量为2e。此 S 量全
12、部分布在 和 中，设 中Kg54.9)3.0.5.01(0.3 2FeS872FeSFe 为 x ，S 量为 y ，则kgkg5解得： =5.24 ， =6872SFe83254.9.5610.yxxkgy即 中：Fe=5.24 、S=6 、 =11.24 。2kg2FeS中：Fe：10.64-5.24=5.4 S：9.54-6=3.54 ：8.9487e kg87SFekg6. 量： 其中 CaO：1.84 ：1.453CaOk29.31.56084 2CO7. 量： 其中 MgO：0.12 ：0.13Mgg5kk表 3-1 混合精矿物相组成， g组成 Zn Cd Pb Cu Fe S Ca
13、O MgO SiO2 其他 共计ZnS 44.57 21.81 66.38CdS 0.19 0.05 0.24PbS 1.8 0.28 2.08CuFeS2 0.32 0.28 0.32 0.92FeS2 5.24 6 11.24Fe7S8 5.4 3.54 8.94CaCO3 1.84 1.45 3.29MgCO3 0.12 0.13 0.25SiO2 4.96 4.96其他 1.7 1.7共计 44.57 0.19 1.8 0.32 10.92 32 1.84 0.12 1.58 4.96 1.7 1003.3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
14、 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 kg39.2148.057Cd 619.Pb k.Cu g10532.0Fe k46.916CaO kg92.05.841MgO 62SiOk48.其他 g5.0.71按生产实践，烟尘中残硫以硫酸盐形态 Sso4为 2.14%，以硫化物形态 Ss 为 1.73%。PbO与 SiO2 结合成 PbO* SiO2,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*0.44*0
15、.0173=0.761Sso4 量 100*0.44*0.0214=0.9421.ZnS 量： 其中：Zn 1.555 S 0.761kg316.249761.0kgkg2. 量： 其中：Zn 1.925 S 0.942 O 1.8844ZnSO5 kg3 量：烟尘中 Fe 先生成 ，其量为： ， 有32Fe 32OFe k806.7.1594632Fe与 ZnO 结合成 ，其量为： 。132eZn kg02.86.7量为 其中：Zn 1.07 Fe 1.82 O 1.0432OeZn kg9.7.15460 kgkg余下的 的量：7.806-2.602=5.204 其中：Fe 3.64 O
16、1.56F k4.ZnO 量：Zn=21.3936-（1.555+1.925+0.82）=16.844 gZnO O 20.964-16.844=4.121kgkg964.204.658135.CdO 量： 其中： Cd 0.114 O 0.130-0.114=0.0162.20 kgkg6.CuO 量： 其中：Cu 0.16 O 0.040kg0.5.637910 kgkg7. 量：PbO， 其中：Pb 0.969 O 0.0692SiOPb kg96.2.3与 PbO 结合的 量：2i 10剩余的 量：2.48-0.261=2.219i k表 3-2 烟尘产出率及其化学和物相组成， kg组
17、成 Zn Cd Cu Pb Fe SS SSO4 CaO MgO SiO2 O 其他 共计ZnS 1.555 0.76 2.316 71 ZnSO4 1.925 0.942 1.884 4.751 ZnO 16.844 4.121 20.965 ZnO Fe2O3 1.070 1. 82 1.040 2.110 Fe2O3 3.640 1.560 5.200 CdO 0.114 0.016 0.130 CuO 0.160 0.040 0.200 PbO SiO2 0.900 0.261 0.069 1.230 CaO 0.920 0.920 MgO 0.060 0.060 SiO2 2.480
18、 2.480 其他 0.850 0.850 共计 21.394 0.114 0.160 0.900 5.460 0.761 0.942 0.920 0.060 2.741 8.730 0.850 43.032 % 49.716 0.265 0.372 2.091 12.688 1.768 2.189 2.138 0.139 6.370 20.288 1.975 100.000 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 Zn Cd Cu Pb Fe CaO MgO SiO2 其他重量（kg） 23
19、.176 0.076 0.16 0.9 5.46 0.92 0.06 2.219 0.85焙砂中 SSO4取 1.10%，S S取 0.4%，S SO4和 SS全部与 Zn 结合；PbO 与 SiO2结合成PbO SiO2；其他金属以氧化物形态存在。预定焙砂重量为 88*0.5=44kg；各组分化合物进入焙砂中的数量为： 量：0.484 ；4SOkg量：0.176 ；1. 量：4ZnSOkg41.2368.0其中：Zn 0.989Kg O 0.968Kg 2.ZnS 量： 5.971.其中：Zn 0.36 S 0.176kgkg3. 量：焙砂中 Fe 先生成 ，其量为 ， 有 40%与32Fe
20、Zn 32OFekg806.7.1594632OFeZnO 结合成 ，其量为 。32eO kg.086.7量：32e kg14.159其中：Zn 1.279 Fe 2.184 O 1.251kgk8余下的 量：32OFekg683.412.806.7其中：Fe 3.275 O 1.408kg4.ZnO 量：Zn k0.2)79.9.(1.ZnO kg65024.65802O 5.042kg5.CdO 量： .17其中：Cd 0.076 O 0.0108kgkg以上计算结果列于下表表 3-3 焙砂的物相组成， kg组成 Zn Cd Cu Pb Fe SS SSO4 CaO MgO SiO2 O
21、其他 共计ZnS 0.360 0.176 0.536 0.989 0.484 0.968 2.441 ZnO 25.600 5.042 30.642 ZnO Fe2O3 1.279 2.184 1.251 4.714 Fe2O3 3.275 1.408 4.683 CdO 0.076 0.011 0.087 CuO 0.160 0.040 0.200 PbO SiO2 0.900 0.261 0.069 1.230 CaO 0.920 0.920 MgO 0.060 0.060 SiO2 2.480 2.480 其他 0.850 0.850 共计 28.228 0.076 0.160 0.90
22、0 5.459 0.176 0.484 0.920 0.060 2.741 8.789 0.850 48.843% 57.794 0.156 0.328 1.843 11.177 0.360 0.991 1.884 0.123 5.612 17.994 1.740 100 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 32.00 ，焙砂和烟尘中的 S 量为 0.176+0.761+0.484+0.942=2.363kg，kg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 ，则：2O3O4ZnS
