硫化铜焙烧沸腾炉内衬的优化设计

硫化铜焙烧沸腾炉内衬的优化设计
发布时间：2022-10-11T01:30:35.388Z 来源：《中国科技信息》2022年第11期作者：左宗朋
[导读] 沸腾焙烧炉是利用“聚式流态化床”技术的热工设备。

它具有气一固之间热质交换速度快、层内温度均匀、产品质量好、左宗朋
华刚矿业股份有限公司刚果民主共和国卢阿拉巴省科卢韦齐市
摘要：沸腾焙烧炉是利用“聚式流态化床”技术的热工设备。

它具有气一固之间热质交换速度快、层内温度均匀、产品质量好、容易得到高浓度的二氧化硫气体、沸腾层与冷却(或加热)器壁间的传热系数大、生产率高、操作简单、便于实现生产连续化和自动化等一系列优点，因此沸腾炉广泛应用于锌精矿、铜精矿的氧化焙烧和硫酸化焙烧，含钴硫铁精矿的硫酸化焙烧，锡精矿、辉钼矿、富镍冰铜的氧化焙烧，汞矿石焙烧。

沸腾炉的缺点是烟尘率高，热利用率低。

关键词：沸腾炉；硫化铜；焙烧
1概述
目前，沸腾炉正向大型化、富氧鼓风、扩大炉膛空间、制粒焙烧、余热利用和自动控制等方面发展。

沸腾床的床型有柱形床和锥形床。

对于浮选精矿宜采用柱形床；对于宽筛分物料和在反应过程中气体体积增大很多或颗粒逐渐变细的物料，宜采用上大下小的锥形床。

沸腾床断面形状可为圆形或矩形或椭圆形。

圆形断面的炉子，炉体结构强度较大，散热较小，空气分布均匀，因此，得到广泛采用。

沸腾炉的炉膛形状有扩大形和直筒形两种。

为提高操作气流速度，减少烟尘率和延长烟尘在炉膛内停留时间，以保证烟尘质量，目前沸腾炉多采用扩大型炉膛。

2沸腾床的形成
沸腾床形成的过程是空气自下而上穿过散料层，若流速不大，气体对物料的曳力比物料本身重量小时，整个物料处于静止状态，当流速增加到某一值，即曳力与物料重量达到平衡时，整个料层处于“失重”状态，其中的颗粒将随着气体上升至料层表面，表面以上气流实际截面突然扩大，实际流速则相应降低，气体对颗粒的曳力也随之而急剧减少，颗粒即在重力作用下又回落到床层内部。

当与不断鼓入床层的上升气流相遇时又被抬升，继而又升至表面或被气体抛至表面上空，然后又落回床层。

这样循环往复，形成颗粒强烈翻滚，大小气泡频繁上升，形同液体的沸腾，故称为沸腾床。

从临界速度开始沸腾，到带出速度下沸腾床开始破坏，这一速度范围称为沸腾范围。

它是选择操作沸腾速度的上下极限。

沸腾范围越宽，沸腾床的操作越稳定。

理论和实践证明，颗粒越细则沸腾范围越小，并且对不规则的宽筛分物料，沸腾范围比球形粒子的要小。

实际上多数工业沸腾床内的粒级分布较宽，所以合理的操作速度应是绝大多数颗粒正常沸腾而又不大于某一指定粒级的带出速度。

3影响沸腾过程的主要因素
沸腾过程同炉内原料粒度、气流速度、焙烧强度、床层高度和气体分布等因素密切有关。

3.1原料粒度
沸腾炉内料层开始沸腾首先同原料状况有关，小颗粒开始沸腾的临界流速较低，容易流化，而较大的颗粒只有风量开的足够大时才流化。

炉内粒度与原料粒度的基本关系，一般是随着人炉原料的平均粒度的增大而增粗，随着粒度分布范围的增大而增粗，所以要想得到一定范围稳定的沸腾状况，控制原料粒度的稳定是十分重要的。

3.2气流速度
决定固定床将变为沸腾床最主要的因素就是气流速度，不同的料层情况下，究竟用多大风速能使料层开始沸腾，多大的风速能使炉子正常运行，运行中究竟要多大风量和风压的送风机，这些问题与沸腾床临界流速和沸腾床的流体阻力有很大关系。

3.3焙烧强度
沸腾炉的焙烧强度是衡量生产能力的一个重要指标。

3.4床层高度
沸腾炉床层高度包括沸腾层高度和分离空间高度。

3.5气体分布器
气体分布装置对保证流化质量，增加气固接触，防止滞留物料十分重要。

分布器之所以能够均匀分布气体，创造一个良好的起始流化条件并得以长期稳定的保持下去，最重要的原因是它对于通过的流体具有一定的阻力或压降，只有当这个阻力足够大才足以克服不稳定气流的自由分布，它才能将良好的起始流化条件长期继续下去。

而分布器的压降主要由开孔率决定的。

在其它条件相同的情况下，增大分布器压降或减少开孔率，一般能收到改善其布风和稳定性能的作用。

4沸腾炉炉型和结构
沸腾炉炉体一般由钢壳内衬耐火材料构成，炉体结构比较简单，整个炉可分成上下两部分。

下部是空气室，中间隔着一个气体分布装置，上部是炉膛包括沸腾层和上部焙烧空间。

炉膛实际上也就是用耐火材料筑成的中空的焙烧室，硫化铜精矿的沸腾焙烧过程，就在这里面进行。

国内沸腾炉均采用圆形炉，但结构形式通常因使用原料和操作条件的不同而分几种不同的炉型结构，目前常用的炉型有直筒形、扩散形和锥形床等。

5沸腾炉在铜精矿冶炼中的应用
冶炼厂硫化铜精矿冶炼采用沸腾焙烧-硫酸选择性浸出-不溶阳极电积工艺生产标准阴极铜。

沸腾焙烧炉是实现阴极铜生产的关键设备，原设计为直筒形沸腾炉，炉膛采用钢制外壳内衬耐火材料组成。

炉体在沸腾层部位开设有进料、排渣、人孔及点火孔、测温装置等。

炉气出口位置为炉顶中央出口，炉顶结构采用异形耐火砖砌成。

气体分布装置是由钢制多孔板和铸铁整体风帽，风帽固定于多孔板上，风帽间填充隔热材料来固定。

1999年建成使用后，沸腾炉故障停炉时间长，炉内易结疤，大颗粒沉积严重，风帽不耐高温，使用寿命短，所产焙
砂含硫高，烟尘量大，已直接制约下一工序的正常生产。

通过技改，将炉体形式改为扩散形炉，避免了原直筒形炉因沸腾层风速低，易引起沸腾不良而产生冷灰结疤的缺陷，也防止了当风速提高而引起炉上部带走细尘增多的毛病。

将炉气出口位置改为炉侧面引出，增加炉体分离空间高度，以减少烟气带出的颗粒量，也增加了细灰在炉内的停留时间，以提高脱硫率，达到减少烟尘量的目的。

沸腾炉的气体分布装置直接影响到炉内的沸腾状况和正常操作，它是生产上一个很重要的部件，原设计沸腾炉气体分布装置中，风帽寿命短，并易高温氧化，风帽小孔易堵塞，床层大颗粒沉积严重。

通过观察与分析，将原风帽风眼小孔气流方向由原水平方向改为向下俯角20O，材质采用ZGCr28。

通过使用检验，原气体分布装置缺陷已得到解决。

通过以上改造，现沸腾炉已满足生产要求，且产能也得到很大提高。

随着科学技术的发展，沸腾炉已在很多领域得到应用，其在燃煤锅炉中的应用，对解决资源综合利用和解决环境污染问题有其独有的优势；在有色冶炼中，因其生产率高，便于实现生产连续化和自动化等一系列优点，已得到广泛使用。

参考文献
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