年產(chǎn)10萬(wàn)噸鋅精礦硫酸化沸騰焙燒爐設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

1、鋅精礦硫酸化沸騰焙燒爐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)一、設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)10萬(wàn)噸鋅精礦硫酸化沸騰焙燒爐設(shè)計(jì)二、原始資料： 1、生產(chǎn)規(guī)模：電鋅年產(chǎn)量100000噸2、精礦成分：本次設(shè)計(jì)處理的原料鋅精礦成分如下表所示（%，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）：化學(xué)成分ZnPbCuCdFeSCaOMgOSiO2其他w47.673.580.240.186.9531.561.210.434.823.363、精礦礦物形態(tài)：閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、磁流鐵礦、方鉛礦、硫鎘礦、石灰石、菱美礦三、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容： 設(shè)計(jì)概述 沸騰焙燒專題概述 物料衡算及熱平衡計(jì)算 沸騰焙燒爐的選型計(jì)算 沸騰爐輔助設(shè)備計(jì)算選擇 沸騰爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)四、繪制的圖紙

2、 沸騰焙燒結(jié)構(gòu)總圖（1#圖紙：縱剖面和一個(gè)橫剖面）五、設(shè)計(jì)開(kāi)始及完成時(shí)間自2011年12月25號(hào)至2012年1月3號(hào)目 錄設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)II第一章 設(shè)計(jì)概述11.1設(shè)計(jì)依據(jù)11.2設(shè)計(jì)原則和指導(dǎo)思想11.3畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)1第二章 沸騰焙燒專題概述12.1沸騰焙燒爐的應(yīng)用和發(fā)屬12.2沸騰爐爐型概述22.3沸騰焙燒工藝及主要設(shè)備的選擇22.3.1鋅精礦硫化沸騰焙燒原理22.3.2鋅精礦硫酸化沸騰焙燒爐爐型選擇32.3.3氣體分布板及風(fēng)箱42.3.4流態(tài)化床層排熱裝置42.3.5排料口52.3.6煙氣出口5第三章 物料衡算及熱平衡計(jì)算63.1鋅精礦流態(tài)化焙燒物料平衡計(jì)算63.1.1鋅精礦硫態(tài)化焙

3、燒冶金計(jì)算63.1.2煙塵產(chǎn)出率及其化學(xué)和物相組成計(jì)算73.1.3焙砂產(chǎn)出率及其化學(xué)與物相組成計(jì)算93.1.4焙燒要求的空氣量及產(chǎn)出煙氣量與組成的計(jì)算113.1.5沸騰爐排出煙氣量和組成為123.1.6沸騰焙燒物料平衡143.2熱平衡計(jì)算143.2.1熱收入143.2.2熱支出16第四章 沸騰焙燒爐的選型計(jì)算194.1床面積194.2前室面積194.3流態(tài)化床斷面尺寸194.4流態(tài)化床高度（沸騰層高度H）194.5爐膛面積和直徑204.6爐膛高度204.7爐膛空間體積V爐膛的確定214.8氣體分布板及風(fēng)帽214.8.1氣體分布板孔眼率214.9確定沸騰層冷卻面積F冷卻224.10水套中循環(huán)水的

4、消耗量224.11風(fēng)箱的容積V風(fēng)箱224.12加料管面積F加料224.13溢流排料口234.14排煙口的面積F排煙的計(jì)算23第五章 沸騰爐輔助設(shè)備的選擇計(jì)算245.1爐底（氣流分布板）壓降P爐底245.2沸騰層壓降P沸騰層245.3管道壓降P管道245.4總壓降P總245.5風(fēng)機(jī)標(biāo)稱壓力P245.6風(fēng)機(jī)的標(biāo)稱風(fēng)量Q24第六章 沸騰爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)25參考文獻(xiàn)26第一章 設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)冶金專業(yè)工程沸騰焙燒爐設(shè)計(jì)（朱云 編）下達(dá)的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)任務(wù)。1.2設(shè)計(jì)原則和指導(dǎo)思想對(duì)設(shè)計(jì)的總要求是技術(shù)先進(jìn);工藝上可行;經(jīng)濟(jì)上合理，所以,設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則和指導(dǎo)思想為：1、遵守國(guó)家法律、法規(guī)，執(zhí)

5、行行業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)定，嚴(yán)格把關(guān)，精心設(shè)計(jì)；2、要按照國(guó)家有關(guān)勞動(dòng)安全工業(yè)衛(wèi)生及消防的標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)；3、在學(xué)習(xí)、總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮節(jié)約能源、節(jié)約用地，實(shí)行自愿的綜合利用，改善勞動(dòng)條件。1.3設(shè) 計(jì) 任 務(wù)一、鋅冶煉沸騰焙燒爐設(shè)計(jì)。二、沸騰焙燒爐物料平衡和熱平衡初算。三、設(shè)備的選型設(shè)計(jì)與計(jì)算。四、繪制沸騰焙燒結(jié)構(gòu)總圖第二章 沸騰焙燒專題概述2.1沸騰焙燒爐的應(yīng)用和發(fā)屬沸騰焙燒爐是利用流態(tài)化技術(shù)的熱工設(shè)備。它具有氣-固間熱質(zhì)交換速度快、層內(nèi)溫度均勻、產(chǎn)品質(zhì)最好；沸騰層與冷卻(或加熱)器壁間的傳熱系數(shù)大、生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化

6、和自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。鋅精礦、銅精礦的氧化焙燒和硫酸化焙燒，含鈷硫鐵精礦的硫酸化焙燒，錫精礦的氧化焙燒，高鈦渣的氯化焙燒，汞礦石焙燒，以及氧化銅礦離析過(guò)程中的礦石加熱等都已經(jīng)使用沸騰爐。此外，鉛精礦、鉛銻精礦的氧化焙燒，含鎳、鈷紅土礦的加熱和還原過(guò)程也利用沸騰爐成功地進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)或小規(guī)模生產(chǎn)。在國(guó)外，沸騰爐還用于輝鉬礦、富鎳冰銅的氧化焙燒。 沸騰爐的缺點(diǎn)是煙塵率高，熱利用率低。目前，沸騰爐正向大型化、富氧鼓風(fēng)、擴(kuò)大爐膛空間、制粒焙燒、余熱利用和自動(dòng)控制等方面發(fā)展。2.2沸騰爐爐型概述1床型 沸騰床有柱形床和錐形床兩種。對(duì)于浮選精礦一般采用柱形床。對(duì)于寬篩分物料，以及在反應(yīng)

7、過(guò)程中氣體體積增大很多或顆粒逐漸變細(xì)的物料，可采用上大下小的錐形床。沸騰床斷面形狀可為圓形或矩形(或橢圓形)。圓形斷面的爐子，爐體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大，材料較省，散熱較小，空氣分布較均勻，因此得到廣泛采用。當(dāng)爐床面積較小而又要求物料進(jìn)出口間有較大距離的時(shí)候可采用矩形成橢圓形斷面。2爐膛形狀 有擴(kuò)大形和直簡(jiǎn)形兩種。為提高操作氣流速度、減少煙塵率和延長(zhǎng)煙塵在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間以保證煙塵質(zhì)量，目前多采用擴(kuò)大形爐膛。另外，還有單層床和多層床之分，對(duì)吸熱過(guò)程或需要較長(zhǎng)時(shí)間的反應(yīng)過(guò)程，為提高熱和流化介質(zhì)中有用成分的利用率，宜采用多層沸騰爐。2.3鋅精礦硫化沸騰焙燒工藝及主要設(shè)備的選擇2.3.1鋅精礦硫化沸騰焙燒原理

8、金屬鋅的生產(chǎn)，無(wú)論是用火法還是濕法，90%以上都是以硫化鋅精礦為原料。硫化鋅不能被廉價(jià)的、最容易獲得的碳質(zhì)還原劑還原，也不容易被廉價(jià)的，并且在浸出電積濕法煉鋅生產(chǎn)流程中可以再生的硫酸稀溶液（廢電解液）所浸出，因此對(duì)硫化鋅精礦氧化焙燒使之轉(zhuǎn)變成氧化鋅是很有必要的。焙燒就是通常采用的完成化合物形態(tài)轉(zhuǎn)變的化學(xué)過(guò)程，是冶煉前對(duì)礦石或精礦進(jìn)行預(yù)處理的一種高溫作業(yè)。硫化物的焙燒過(guò)程是一個(gè)發(fā)生氣固反應(yīng)的過(guò)程，將大量的空氣（或富氧空氣）通入硫化礦物料層，在高溫下發(fā)生反應(yīng)，氧與硫化物中的硫化合產(chǎn)生氣體SO2，有價(jià)金屬則變成為氧化物或硫酸鹽。同時(shí)去掉砷、銻等雜質(zhì)，硫生成二氧化硫進(jìn)入煙氣，作為制硫酸的原料。焙燒過(guò)程

9、得到的固體產(chǎn)物就被稱為焙砂或焙燒礦。焙燒過(guò)程是復(fù)雜的，生成的產(chǎn)物不盡一致，可能有多種化合物并存。一般來(lái)說(shuō)，硫化物的氧化反應(yīng)主要有： 硫化物氧化生成硫酸鹽 ： ZnS + 2 O2 = ZnSO4 硫化物氧化生成氧化物 ： ZnS + 1.5 O2 = ZnO + SO23）金屬硫化物直接氧化生成金屬： ZnS + 2 O2 = ZnO + SO2 硫酸鹽離解： ZnSO4 = ZnO + SO3 ； SO3 = SO2 + 0.5 O2此外，在硫化鋅精礦中，通常還有多種化合價(jià)的金屬硫化物，其高價(jià)硫化物的離解壓一般都比較高，故極不穩(wěn)定，焙燒時(shí)高價(jià)態(tài)硫化物離解成低價(jià)態(tài)的硫化物，然后再繼續(xù)進(jìn)行其焙燒

10、氧化反應(yīng)過(guò)程。在焙燒過(guò)程中，精礦中某種金屬硫化物和它的硫酸鹽在焙燒條件下都是不穩(wěn)定的化合物時(shí)，也可能相互反應(yīng)，如： FeS + 3FeSO4 = 4FeO + 4SO2由上述各種反應(yīng)可知，鋅精礦中各種金屬硫化物焙燒的主要產(chǎn)物是ZnO、ZnO4以及SO2 、SO3 和O2。此外還可能有ZnO·Fe2O3，ZnO·SiO2等。2.3.2鋅精礦硫酸化沸騰焙燒爐爐型選擇鋅精礦沸騰焙燒工藝流程要根據(jù)具體條件和要求而定，焙燒性質(zhì)、原料、地理位置等因素不同其選擇的工藝流程也不盡相同。一般可分為爐料準(zhǔn)備及加料系統(tǒng)、爐本體系統(tǒng)、煙氣及收塵系統(tǒng)和排料系統(tǒng)四個(gè)部分。爐料準(zhǔn)備及加料系統(tǒng)主要為沸騰焙

11、燒爐提供合格的爐料，以保證焙燒爐的穩(wěn)定性和連續(xù)性。加料方式分為干式和濕式兩種。由于濕式加料缺點(diǎn)較多，國(guó)內(nèi)多采用干式加料。干式加料常采用圓筒干燥窯，圓筒干燥窯是一種最簡(jiǎn)單的機(jī)械干燥設(shè)備，窯身由鋼板做成，窯內(nèi)襯為耐火磚。焙燒爐是焙燒的主體設(shè)備，按床面積形狀可分為圓形（或橢圓形）和矩形。矩形很少采用。圓形斷面的爐子，爐體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大，材料較省，散熱較小，空氣分布較均勻因此得到廣泛采用。工業(yè)生產(chǎn)常用的鋅精礦沸騰焙燒爐有道爾式沸騰爐和魯奇式沸騰爐兩類。魯奇式沸騰爐上部結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)大段，造成煙氣流速減慢和煙塵率降低，延長(zhǎng)了煙氣的停留時(shí)間，煙氣中的煙塵得到充分的焙燒，從而使煙塵中的含硫量達(dá)到要求，煙塵質(zhì)量得到

12、保證，焙砂質(zhì)量較高、生產(chǎn)率高、熱能回收好。低的煙塵率相應(yīng)提高了焙砂部分的產(chǎn)出率，減小了收塵系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，本設(shè)計(jì)采用魯奇式沸騰焙燒爐。其工藝流程如圖2-1所示。煙氣從焙燒爐排出時(shí)，溫度一般在11231353K之間，須冷卻到適當(dāng)溫度以便收塵。常見(jiàn)的煙氣冷卻方式分直接冷卻和間接冷卻兩類。直冷主要采用向煙氣直接噴水冷卻，由于廢熱得不到有效利用，所以很少采用。間接冷卻由表面冷卻器、水套冷卻器、汽化冷卻器和余熱鍋爐。焙燒爐生產(chǎn)的焙砂從流態(tài)化層溢流口自動(dòng)排出，可采用濕法和干法兩種輸送方法。兩種方法各具特點(diǎn)，企業(yè)可根據(jù)具體情況，選擇適宜的排料方法。本設(shè)計(jì)采用干法輸送。沸騰焙燒爐爐體（圖2-2）為鋼殼內(nèi)襯保溫磚再

13、襯耐火磚構(gòu)成。為防止冷凝酸腐蝕，鋼殼外面有保溫層。爐子的最下部是風(fēng)室，設(shè)有空氣進(jìn)口管，其上是空氣分布板?？諝夥植及迳鲜悄突鸹炷翣t床，埋設(shè)有許多側(cè)面開(kāi)小孔的風(fēng)帽。爐膛中部為向上擴(kuò)大的圓錐體，上部焙燒空間的截面積比沸騰層的截面積大，以減少固體粒子吹出。沸騰層中裝有的冷卻管，爐體還設(shè)有加料口、礦渣溢流口、爐氣出口、二次空氣進(jìn)口、點(diǎn)火口等接管。圖2-2沸騰焙燒爐結(jié)構(gòu)示意圖   操作指標(biāo)和條件主要有焙燒強(qiáng)度、沸騰層高度、沸騰層溫度、爐氣成分等。 焙燒強(qiáng)度  習(xí)慣上以單位沸騰層截面積一日處理含硫35礦石的噸數(shù)計(jì)算。焙燒強(qiáng)度與沸騰層操作氣速成正比。氣速是沸騰層中固體

14、粒子大小的函數(shù)，一般在 13m/s范圍內(nèi)。一般浮選礦的焙燒強(qiáng)度為1520t/()；對(duì)于通過(guò)3×3mm的篩孔的破碎塊礦，焙燒強(qiáng)度為30t/()。 沸騰層高度  即爐內(nèi)排渣溢流堰離風(fēng)帽的高度，一般為0.91.5m。 沸騰層溫度  隨硫化礦物、焙燒方法等不同而異。例如:鋅精礦氧化焙燒為10701100,而硫酸化焙燒為900930；硫鐵礦的氧化焙燒溫度為850950。 爐氣成分  硫鐵礦氧化焙燒時(shí)，爐氣中二氧化硫1313.5，三氧化硫0.1。硫酸化焙燒,空氣過(guò)剩系數(shù)大，故爐氣中二氧化硫濃度低而三氧化硫含量增加。特點(diǎn):焙燒強(qiáng)度高；礦渣

15、殘硫低；可以焙燒低品位礦；爐氣中二氧化硫濃度高、三氧化硫含量少；可以較多地回收熱能產(chǎn)生中壓蒸汽，焙燒過(guò)程產(chǎn)生的蒸汽通常有3545是通過(guò)沸騰層中的冷卻管獲得；爐床溫度均勻；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，且投資省，維修費(fèi)用少；操作人員少，自動(dòng)化程度高，操作費(fèi)用低；開(kāi)車(chē)迅速而方便，停車(chē)引起的空氣污染少。但沸騰爐爐氣帶礦塵較多，空氣鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗較大。2.3.3氣體分布板及風(fēng)箱2.3.3.1氣體分布板氣體分布板一般由風(fēng)帽、花板、耐火襯墊構(gòu)成。氣體分布版的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到下列條件：使進(jìn)入床層的氣體分布均勻，創(chuàng)造良好的初始流態(tài)化條件，有一定的孔眼噴出速度，使物料顆粒特別是大顆粒受到激發(fā)湍動(dòng)起來(lái)；具有一定的阻力，以減少

16、流態(tài)化層各處的料層阻力的波動(dòng)；此外還應(yīng)不漏料、不堵塞、耐摩擦、耐腐蝕、不變形；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作、安裝和檢修。2.3.3.2風(fēng)帽風(fēng)帽大致可分為直流式、測(cè)流式、密孔式和填充式四種。鋅精礦流態(tài)化焙燒爐廣泛應(yīng)用測(cè)流式風(fēng)帽。從風(fēng)帽的側(cè)孔噴出的氣體緊貼分布板進(jìn)入床層，對(duì)床層攪動(dòng)作用較好，孔眼不易被堵塞，不易漏料。風(fēng)帽的材料現(xiàn)多為耐熱鑄鐵。風(fēng)帽的排列密度一般為35100個(gè)/，風(fēng)帽中心距100180mm，視風(fēng)帽排列密度和排列方式而定。風(fēng)帽的排列方式有同心圓排列、等邊三角形排列和正方形排列。本設(shè)計(jì)也采用測(cè)流式同心圓排列風(fēng)帽。2.3.3.3風(fēng)箱風(fēng)箱的作用在于盡量使分布板下氣流的動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓，使壓力分布均勻，避

17、免氣流直沖分布板。因此風(fēng)箱應(yīng)有足夠的容積。風(fēng)箱的結(jié)構(gòu)形式由圓錐式、圓柱式、錐臺(tái)式及柱錐式。對(duì)于大型的宜采用中心圓柱預(yù)分布器。中心圓柱同時(shí)起著支撐氣體分布板的作用，所以本次設(shè)計(jì)采用中心圓柱式風(fēng)箱。2.3.4流態(tài)化床層排熱裝置排熱方式有直接排熱和間接排熱。前者是向爐內(nèi)噴水，優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)爐溫靈敏，操作方便，爐內(nèi)生產(chǎn)能力大些；缺點(diǎn)是：廢熱未得到利用。間接排熱應(yīng)用較為普遍，間接排熱目的：使流態(tài)化床層內(nèi)余熱通過(guò)冷卻介質(zhì)達(dá)到降溫目的。冷卻方式：可采用汽化冷卻及循環(huán)水冷卻兩種方式，汽化冷卻是較為普遍采用的。本次設(shè)計(jì)也采用汽化冷卻。2.3.5排料口2.3.5.1.外溢流排料口 流態(tài)化焙燒爐一般采用外溢流排料口，物

18、料經(jīng)由溢流口直接排出爐外。排料口溜礦面可采用混凝土搗制而成，其坡度應(yīng)大于。外溢流排料處設(shè)有清理口。2.3.5.2底流排料口 當(dāng)入爐物料存在粗顆粒，或在焙燒過(guò)程中生成粗顆粒，一般不能從溢流口排出，應(yīng)采用底流排料口排料。所以本次設(shè)計(jì)采用的排料口為底流排料口。2.3.6煙氣出口煙氣出口的方式有側(cè)面及爐頂中央兩種。本設(shè)計(jì)煙氣出口設(shè)在爐膛側(cè)面，爐頂不承受負(fù)荷，不易損壞，檢修方便。煙氣出口與鍋爐之間目前多采用軟連接。 第三章 物料衡算及熱平衡計(jì)算3.1鋅精礦流態(tài)化焙燒物料平衡計(jì)算3.1.1鋅精礦硫態(tài)化焙燒冶金計(jì)算根據(jù)精礦的物相組成分析，計(jì)算時(shí)精礦中各元素呈下列化合物形態(tài)：Zn、Cd、Pb、Cu、Fe分別呈

19、ZnS、CdS、PbS、 ；脈石中的Ca、Mg、Si分別呈、形態(tài)存在。 以100鋅精礦（干量）進(jìn)行計(jì)算。1. ZnS量 ： 其中Zn：47.61 S：23.322. CdS量： 其中 Cd；0.18 S：0.053. PbS量： 其中：Pb：3.58 S：0.554. 量： 其中：Cu：0.24 Fe：0.21 S：0.245. 和量：除去中Fe的含量，余下的Fe為，除去ZnS、CdS、PbS、中S的含量，余下的S量為。此S量全部分布在和中。設(shè)中Fe為x，S量為y，則可列如下方程式： 解得：=6.02，=6.90 即中：Fe=6.02、S=6.90、=12.92。中：Fe：6.74-6.01=

20、0.72 S：7.40-6.90=0.50：0.53+0.30=0.836. 量： 其中CaO：1.21 ：0.957. 量： 其中MgO：0.543 ：0.46表3-1 混合鋅精礦物相組成，組成ZnCdPbCuFeSCaOMgOCO2SiO2其他共計(jì)ZnS47.6723.3270.99CdS0.180.050.23PbS3.580.554.13CuFeS20.240.210.240.69FeS26.016.9012.91Fe7S80.720.501.22CaCO31.210.952.16MgCO30.430.460.90SiO24.824.82其他1.941.94共計(jì)47.670.183.5

21、80.246.9531.561.210.431.424.821.94100注：在其他成分中，3.36-（0.95+0.46）=1.95。因?yàn)闅怏w進(jìn)入煙氣中。3.1.2煙塵產(chǎn)出率及其化學(xué)和物相組成計(jì)算焙燒礦產(chǎn)出率一般為鋅精礦的88%，而煙塵產(chǎn)出率占燒結(jié)礦的4550%，取50%，則煙塵量為：。 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，鎘60%進(jìn)入煙塵，鋅48%進(jìn)入煙塵。其他組分在煙塵中的分配率假定為50%。各組分進(jìn)入煙塵的數(shù)量為：Zn Cd Pb Cu Fe CaO MgO 其他 按生產(chǎn)實(shí)踐，煙塵中殘硫以硫酸鹽形態(tài)S為2.14%，以硫化物形態(tài)Ss為1.73%。PbO與SiO2結(jié)合成PbOSiO2,余下SiO2為游離形態(tài)，其

22、他金屬為氧化物形態(tài)存在。 各組分化合物進(jìn)入煙塵中的數(shù)量如下： Ss量： 1000.440.0173=0.761公斤S量： 1000.440.0214=0.942公斤1. ZnS量： 其中： Zn 1.555 公斤 S 0.761 公斤2. ZnSO4量： 其中: Zn 1.925 公斤 S 0.942 公斤 O 1.884 公斤3. ZnO·Fe2O3量：煙塵中Fe先生成Fe2O3，其量為： Fe2O3有1/3與ZnO結(jié)合成ZnO·Fe2O3,其量為： ZnO·Fe2O3量： 其中： Zn 0.680公斤 Fe 1.158公斤 O 0.67公斤余下的Fe2O3量：

23、4.98-1.66=3.32公斤 其中：Fe 2.32公斤 O 1.00公斤4. ZnO量： Zn=22.88-（1.555+1.925+0.68）=18.722公斤 ZnO= O=23.3-18.722=4.578公斤5. CdO量： 其中：Cd 0.11 公斤 O 0.016公斤6. CuO量： 其中： Cu 0.12公斤 O 0.03公斤7. PbO·SiO2量： 其中: Pb 1.79公斤 O 0.138公斤與PbO結(jié)合的SiO2量： 余留之SiO2量：2.41-0.51=1. 9公斤 計(jì)算結(jié)果如下表所示：表3-2煙塵產(chǎn)出率及其化學(xué)和物相組成，組成ZnCdCuPbFeSSSS

24、O4CaOMgOSiO2O其他共計(jì)ZnS1.556 0.761 2.317 ZnSO41.925 0.942 1.884 4.751 ZnO18.723 4.578 23.301 ZnO Fe2O30.678 1.158 0.664 2.500 Fe2O32.317 0.995 3.312 CdO0.108 0.015 0.123 CuO0.120 0.030 0.150 PbO SiO21.790 0.518 0.138 1.928 CaO0.605 0.605 MgO0.215 0.215 SiO21.892 1.892 其他0.970 0.970 共計(jì)22.882 0.108 0.120

25、 1.790 3.475 0.761 0.942 0.605 0.215 2.410 8.305 0.970 42.583 百分比(%)53.74%0.25%0.28%4.20%8.16%1.79%2.21%1.42%0.50%5.66%19.50%2.28%100.00%3.1.3焙砂產(chǎn)出率及其化學(xué)與物相組成計(jì)算沸騰焙燒時(shí)，鋅精礦中各組分轉(zhuǎn)入焙燒的量為Zn 47.67-22.882=24.788 Cd 0.18-0.11=0.07 Cu 0.24-0.12=0.12 Pb 3.58-1.79=1.79 Fe 6.95-3.475=3.475 CaO 1.21-0.605=0.605 MgO

26、0.430-0.215=0.215 SiO2 4.82-2.41.77=2.41 其他 1.95-0.98=0.97 按生產(chǎn)實(shí)踐，焙砂中SSO4取1.10%，SS取0.4%，SSO4和SS全部與Zn結(jié)合；PbO與SiO2結(jié)合成PbOSiO2；其他金屬以氧化物形態(tài)存在。預(yù)訂焙砂重量為：880.5=44 公斤各組分化合物進(jìn)入焙砂的數(shù)量如下：S so42-量： 44x0.011=0.484公斤Ss量： 44x0.004=0.176公斤1.ZnSO4量： 其中：Zn 0.989公斤 O 0.968公斤2.ZnS量： 其中：Zn 0.36公斤3. ZnO·Fe2O3量：焙砂中Fe先生成Fe2O

27、3，其量為：Fe2O3有40%與ZnO結(jié)合生成ZnO·Fe2O3，其量為：4.975×0.40=1.99公斤ZnO·Fe2O3量： 其中：Zn 0.814公斤 Fe 1390公斤 O 0.796公斤余下的Fe2O3量： 4.98-1,99=2.99公斤其中：Fe 2.091公斤 O 0.899公斤4.ZnO量：Zn=24.79-（0.989+0.36+0.814）=22.627公斤ZnO= O=28.163-22.627=5.536公斤5.CdO量： 其中：Cd 0.07公斤 O 0.01公斤6. PbO·SiO2量： 其中: Pb 1.79公斤 O 0

28、.138公斤與PbO結(jié)合的SiO2量： 余留之SiO2量：2.41-0.481=1.929公斤CuO、Pb·SiO2等的數(shù)量與煙塵相同。以上計(jì)算結(jié)果列于下表表3-3焙砂的物相組成，組成ZnCdCuPbFeSSSSO4CaOMgOSiO2O其他共計(jì)ZnS0.3600.1760.536ZnSO40.9890.4840.9682.441ZnO22.6265.53528.161ZnOFe2O30.8141.3900.7963.000Fe2O32.0850.8962.981CdO0.0720.0100.082CuO0.1200.120 PbOSiO21.7900.4810.1381.928Ca

29、O0.6050.605MgO0.2150.215SiO21.9291.892其他0.9710.971共計(jì)24.7880.0720.1201.7903.4750.1760.4840.6050.2152.4108.3440.97142.932 百分比(%)57.73%0.16%0.27%4.16%8.09%0.41%1.13%1.41%0.50%5.61%19.44%2.26%100%3.1.4焙燒要求的空氣量及產(chǎn)出煙氣量與組成的計(jì)算焙砂和煙塵中剩余的硫量為：0.176+0.484+0.761+0.942=2.363公斤焙燒過(guò)程中脫硫量為:31.56-2.363=29.197公斤假定95%的硫生成

30、SO2, 5%的硫轉(zhuǎn)化成SO3，需要的O2量則為：生成SO2：29.197×0.95×=27.737公斤生成SO3：29.197×0.05×=2.190公斤由煙塵和焙砂中得，氧化物和硫酸鹽的含氧量為：8.344+8.305=17.206公斤因此，100公斤鋅精礦（干量）焙燒需要理論氧量為：16.649+27.737+2.920=47.306公斤空氣中氧的重量百分比為23%，則需要理論空氣量為： 為了加速反應(yīng)的進(jìn)行，提高設(shè)備生產(chǎn)能力，實(shí)際鼓風(fēng)量比理論空氣量要大，對(duì)于濕法煉鋅的沸騰焙燒，按工廠實(shí)踐，過(guò)?？諝庀禂?shù)可取1.25，故實(shí)際需要空氣量為： 205.67

31、8×1.25=257.097公斤 空氣中各組分的重量百分比為：N277%、O223%。鼓入257.097公斤空氣，其中： N2=257.097×0.77=197.965公斤 O2=257.097×0.23=59.132公斤 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，空氣比重為1.293公斤/標(biāo)米3 ，實(shí)際需要空氣之體積為： 3空氣中各組分的體積百分比為：N279%、O221%其中：N2=×0.79=157.0818標(biāo)米3 O2=×0.23=41.756 標(biāo)米33.1.5 沸騰爐排出煙氣量和組成 焙燒過(guò)程中產(chǎn)出量：SO2=29.197×0.95×=55。4

32、75公斤 SO3=29.197×0.05×=3.64965公斤 過(guò)剩的氧量：60.42-47.36=13。114公斤 鼓入空氣中帶有的氮量：197.965公斤 CaCO3和MgCO3分解產(chǎn)出CO2量：0.95+0.47=1.42公斤 鋅精礦及空氣帶水分產(chǎn)生的水蒸氣量：進(jìn)入沸騰焙燒爐的鋅精礦含一定量水分，取8%，即100公斤干精礦帶入水分為： ×100=8.696公斤 空氣帶入水分量計(jì)算： 假設(shè)該地區(qū)氣象資料：大氣壓力754.8毫米汞柱，相對(duì)濕度77%，平均氣溫17.5。換算為此條件下空氣需要量為： 198.838×=213.041米3空氣的飽和含水汽量為

33、0.0162公斤/米3，帶入水分量為： 213.041×0.0162×0.77=2.657公斤帶入水分總量為：8.696+2.657=11.353公斤體積：=14.129標(biāo)米3以上計(jì)算結(jié)果列于下表:表3-5煙氣量和組成組 成重 量（公斤）體 積（標(biāo)米3）體 積 比SO255.4746819.416627289.57%SO33.649651.0215106170.50%CO21.4184990.7214513960.36%N2197.9648158.372066678.08% O213.1149.1801934964.53%H2O11.3534814.128750886.97

34、%共計(jì)282.9753202.8406002100.00%3.1.6 沸騰焙燒物料平衡按以上計(jì)算結(jié)果編制的物料平衡表如下：（未計(jì)機(jī)械損失）加入產(chǎn)出名稱質(zhì)量，百分比名稱質(zhì)量，百分比干鋅精礦10027.14%煙塵42.62511.56%精礦中水分8.6962.36%焙砂43.81511.65%干空氣257.09769.78%煙氣285.34876.79%空氣中水分2.6570.72%共計(jì)368.451100.00%共計(jì)371.788100.00%3.2熱平衡計(jì)算3.2.1熱收入進(jìn)入流態(tài)化焙燒爐熱量包括反應(yīng)熱及精礦、空氣和水分帶入熱量等。1.硫化鋅按下式反應(yīng)氧化放出熱量Q:ZnS+1/2O2=ZnO

35、+SO+105930千卡生成ZnO的ZnS量： Q=千卡2.硫化鋅按下式反應(yīng)硫酸氧化放出熱量OZnS+SO2=ZnSO4+185050千卡生成ZnSO4的ZnS量:Q=千卡3.ZnO和FeO按下式反應(yīng)生成ZnO.FeO放出的熱量Q:ZnO+ Fe2O3= ZnO·Fe2O3+千卡生成ZnO·Fe2O3的ZnO量千卡Q=千卡4.FeS2按下式反應(yīng)氧化放出熱量Q4 4FeS2+11O2=2 Fe2O3+8SO2+千卡 Q=千卡5.FeS按下式反應(yīng)氧化放出熱量Q5 2FeS+3/2 O2= Fe2O3+2SO2+千卡Fe7S8分解得到FeS量： CuFeS2分解得到FeS量: 得

36、到FeS總量為：1.008+0.22=1.228 Q=千卡6.CuFeS2和Fe7S8分解得到硫燃燒放出熱量Q CuFeS2= CuS2+FeS+1/2S 分解出S量： Fe7S8=7FeS+1/2S 分解出S量： 1硫燃燒放出的熱量為2222千卡則： Q6=千卡7.PbS按下式反應(yīng)放出熱量QPbS+3/2O2=PbO+SO+千卡 PbS+SiO2= PbOSiO+千卡生成PbO放出熱量：千卡 生成PbOSiO量： 生成PbOSiO放出熱量：千卡 Q7=1738.5+34.73=1773.23千卡8.CdS按下式反應(yīng)放出熱量Q CdS+1/2O2=CdO+SO2+98800千卡 生成CdO的C

37、dS量： Q =千卡9.Cu2S按下式反應(yīng)氧化放出熱量Q Cu2S+2O2= 2CuO+ SO2+千卡生成CuO的Cu2S量： Q=千卡10.鋅精礦帶入熱量Q10 進(jìn)入流態(tài)化焙燒爐的精礦溫度為40,精礦比熱取0.2 Q10=千卡11.空氣帶入熱量為Q11 空氣比熱取0.316,空氣溫度為20, Q11=千卡12.入爐精礦含水分8.696,水分比熱取1.0，100精礦中的水分帶入熱量Q12Q12=千卡熱量總收入Q= Q+O+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+ Q+Q+ Q+ Q=69394+8246+624+21945+2231+244+1773+158+240+800+1326+350=107332

38、3.2.2熱支出1.煙氣帶走量為Q爐頂煙氣900C,各比分比熱為()：SO2SO3CO2N2O2H2O比熱0.5290.550.5210.3330.3500.403Q煙=（19.416×0.592+1.022×0.55+0.721×0.521+158.372×0.333+9.180×0.350+14.129×0.403）×900=66669.48千卡2.煙塵帶走的熱量為Q 有爐中出來(lái)煙塵溫度為900，其比熱為0.20千卡/公斤· Q塵=42.583×900×0.2=7665千卡3.焙沙帶走的熱量

39、為Q由爐中出來(lái)焙砂溫度為850，其余熱為0.20千卡/公斤· Q焙= 42.932 ×850×0.2=7298千卡4.鋅精礦中水分蒸發(fā)帶走熱量為QQ=GtC+GV式中G鋅精礦中水的質(zhì)量，；t鋅精礦中水的溫度，40C水的比熱，1；V 水的汽化熱，40C，V為575。 Q蒸= G水t水C水+G水v =8.696×40×1+8.696×575=5348千卡5.精礦中碳酸鹽分解吸收的熱量為Q分11公斤CaCO3分解吸熱378千卡/公斤，1公斤MgCO3分解吸收314千卡/公斤Q分1=378×2.159+314×0.899=

40、1099千卡6.Cu FeS和FeS分解吸收的熱量為Q分2按1公斤Fe消耗熱量為222千卡計(jì)Q分2=（0.0.211+0.720）×222=207千卡7.通過(guò)爐頂和爐壁的散失熱量為Q 為簡(jiǎn)化計(jì)算，按生產(chǎn)實(shí)踐，散熱損失均為熱收入的2.35.5%，取5.0%Q=Q5.0%=5367千卡 8.剩余熱量為Q Q= Q-（Q+Q+Q+ Q+Q分+Q分+Q） =107332-（66669+7665+7298+5348+1099+207+5367） =13679千卡以上計(jì)算結(jié)果列于下表:表3-6鋅精礦流態(tài)化焙燒熱平衡熱收入熱支出項(xiàng)目千卡百分比項(xiàng)目千卡百分比焙燒反應(yīng)熱煙氣帶走熱66669 60.44

41、%ZnS氧化成ZnO6939464.65%煙塵帶走熱76657.14%ZnS氧化成ZnSO482467.68%焙沙帶走熱72986.80%ZnO和Fe2O3反應(yīng)生成ZnOFe2O36240.58%水分蒸發(fā)帶走熱53484.98%FeS2氧化成Fe2O32194520.45%碳酸鹽分解10991.02%FeS氧化成Fe2O322312.08%CuFeS2和Fe7S8分解2070.19%分解硫燃燒2440.23%爐頂及爐壁散熱53675.00%PbS生成PbOSiO217731.65%剩余熱1547414.42%CdS氧化成CdO1580.15%Cu2O氧化成CuO2400.22%精礦帶入熱800

42、0.75%空氣帶入熱13261.24%水分帶入熱3500.33%共計(jì)107332100.00%共計(jì)107332100.00% 第四章 沸騰焙燒爐的選型計(jì)算4.1床面積床面積：按每日需要焙燒的干精礦量，依據(jù)同類工廠先進(jìn)的床能率選取。計(jì)算式為： 式中： F需要的床面積，；A-每日需要焙燒的干精礦量，；á爐子床能率，；鋅精礦酸化焙燒5-6噸/日·米2。確定A：設(shè)沸騰焙燒爐每年工作350天，床能率取5.5，年產(chǎn)10萬(wàn)噸鋅，鋅的回收率94%，鋅精礦含鋅53.45%A=100000/(350*0.94*0.4561=666.41)t/d則 F=A/a=A/5.8=114.894.2前室

43、面積我國(guó)使用的18.745的流態(tài)化焙燒爐均有前室。小于5的爐子可不用前室。16的爐子也有不用前室的。由于本設(shè)計(jì)的爐床面積為114.89，固應(yīng)該采用前室。前室有矩形和扇形兩種，計(jì)算的F(前室)=Q(煙氣流量)/3600V(流速)=53252/3600*1.5=9.864.3流態(tài)化床斷面尺寸:式中 流態(tài)化焙燒爐加料前室面積，； 流態(tài)化焙燒爐爐床面積，； 爐床直徑，。本設(shè)計(jì)采用圓形帶前室爐型，固床斷面尺寸: D(床)= F(床)的二分之一次方/0.785=13.65m4.4流態(tài)化床高度（沸騰層高度H）流態(tài)化床高度近似的等于氣體分布板至溢流口下沿的高度。一般它是由爐內(nèi)停留時(shí)間、流態(tài)化床的穩(wěn)定性和冷卻器

44、的安裝條件等因素確定。鋅精礦酸化焙燒是放熱反應(yīng)，為使床層具有一定熱穩(wěn)定性和流化的均勻性，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的流態(tài)化高度一般為。H=(1.21.5)F熱/（D床）4.5爐膛面積和直徑式中 沸騰焙燒爐單位面積生產(chǎn)率，； 單位爐料煙氣產(chǎn)出量，204.353； 爐膛溫度，950； 爐床面積，114.89； 顆粒帶出速度，一般為1.35，和精礦粒度有關(guān)，K取0.30.55，這里取小值0.3. F膛=460.680 =24.254m4.6爐膛有效高度 未擴(kuò)大直筒部分，根據(jù)操作和安裝方便而定，一般取2.5。 擴(kuò)大部分高度，爐腹角ô取。 爐膛高度式中t煙氣在爐內(nèi)必須停留的時(shí)間，秒.鋅精礦酸化焙燒t=1520s

45、，取20H1=2.5mH2=0.5(D腔-D床)ctg20°=14.567mH3=aV煙(1+*t膛)*F床*t/（86400*F膛）=7.288mH=H1+H2+H3=24.655m4.7爐膛空間體積V爐膛 的確定對(duì)于鋅的酸化焙燒，一般取V爐膛 =（1012）F本床 ；V爐膛 =1263.79m³4.8氣體分布板及風(fēng)帽4.8.1氣體分布板孔眼率氣體分布板孔眼率即風(fēng)帽孔眼總面積與爐床面積之比值。根據(jù)國(guó)內(nèi)工廠實(shí)踐，鋅精礦流態(tài)化焙燒爐空氣分布板的孔眼率一般為。本設(shè)計(jì)選用1.1%。4.8.2風(fēng)帽風(fēng)帽分菌形、傘形、錐形等，風(fēng)帽孔眼有側(cè)孔式、直通式、密孔式等。本設(shè)計(jì)采用側(cè)孔式菌形風(fēng)帽

46、，因?yàn)閺膫?cè)孔噴出的氣體緊貼分布板面進(jìn)入流態(tài)化床，攪動(dòng)作用好，孔眼 不易堵塞、不易漏料等。風(fēng)帽的孔眼數(shù)一般為4、6、8，孔眼直徑。高溫氧化焙燒爐的孔眼直徑取。風(fēng)帽材料多用普通鑄鐵，高溫氧化焙燒應(yīng)采用耐用鑄鐵。風(fēng)帽數(shù)量一般可由下式計(jì)算： 式中 風(fēng)帽個(gè)數(shù)； n 一個(gè)風(fēng)帽上的孔眼個(gè)數(shù)，6； 風(fēng)帽孔眼直徑，mm，8mm；分布板孔眼率，%，1.1%。本設(shè)計(jì)采用的風(fēng)帽個(gè)數(shù)為：所以=4735個(gè)。4.9確定沸騰層冷卻面積F冷卻 F冷卻 =Q剩余/K（t沸騰層t水） （m2）其中，Q剩余：沸騰層所需排走熱量(由熱平衡表中換算得到)； K：從沸騰層到循環(huán)水的綜合傳熱系數(shù)；810W/(k)t沸騰層：沸騰層平均溫度，1

47、085 ； t水：循環(huán)水的平均溫度，45（由蒸汽壓力決定）；約為120180千米/小時(shí),米2· F冷卻 =0.0184410水套中循環(huán)水的消耗量A冷卻 = Q剩余/C（tt入水） 其中，A冷卻：水套中循環(huán)水的消耗量； C：水的比熱，4.187KJ/Kg·； t入水：循環(huán)水的入水溫度，40 ； q：水的汽化熱，2.26KJ/Kg；可查相應(yīng)的圖表求出。 A冷卻 = 359.6（公斤/時(shí)）若用汽化冷卻，用水量為冷卻水的即F冷卻 =15473.9593/25=618.9 （公斤/時(shí)） 4.11風(fēng)箱的容積V風(fēng)箱 V風(fēng)箱=（V鼓風(fēng)/800）1.34 ( m3) 其中，V鼓風(fēng)：爐底鼓風(fēng)量，m3/h ； V風(fēng)箱=195.787m3 4.12加料管面積F加料 F加料 = G加料/W加料 （m2） 其中，G加料：加料量，27.767t/h；W加料：加料管內(nèi)質(zhì)量流量，250t/ M2·h；加料管為垂直設(shè)置時(shí)，一般W加料= 200300 t/