年产8万吨锌精矿硫酸化沸腾焙烧炉设计 精品

《锌精矿硫酸化沸腾焙烧炉》
设
计
说
明
书
设计任务书
一、设计题目：年产8万吨锌精矿硫酸化沸腾焙烧炉设计
二、原始资料：
1、生产规模：电锌年产量80000吨
2、精矿成分：
本次设计处理的原料锌精矿成分如下表所示（%，质量百分数）：
3、精矿矿物形态：闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、磁流铁矿、方铅矿、硫镉矿、石灰石、菱美矿
三、设计说明书内容：
(1）设计概述
(2）沸腾焙烧专题概述
(3）物料衡算及热平衡计算
(4）沸腾焙烧炉的选型计算
(5）沸腾炉辅助设备计算选择
(6）沸腾炉主要技术经济
四、绘制的图纸
沸腾焙烧结构总图（1#图纸：纵剖面和一个横剖面）
五、设计开始及完成时间
自20XX年12月26号至20XX年1月5号
第一章设计概述
1.1设计依据
根据冶金专业工程《沸腾焙烧炉设计》（万林生编）下达的课程设计指导书任务。

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、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；
3、在学习、总结国内外有关厂家的生产经验的基础上，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。

1.3设计任务
一、锌冶炼沸腾焙烧炉设计。

二、沸腾焙烧炉物料平衡和热平衡初算。

三、设备的选型设计与计算。

四、绘制沸腾焙烧结构总图
第二章沸腾焙烧专题概述
2.1沸腾焙烧炉的应用和发展
沸腾焙烧炉是利用流态化技术的热工设备。

它具有气--固间热质交换速度快、层内温度均匀、产品质最好；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，因此得到广泛应用。

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，锡精矿的氧化焙烧，高钛渣的氯化焙烧，汞矿石焙烧，以及氧化铜矿离析过程中的矿石加热等都已经使用沸腾炉。

此外，铅精矿、铅锑精矿的氧化焙烧，含镍、钴红土矿的加热和还原过程也利用沸腾炉成功地进行了工业性试验或小规模生产。

在国外，沸腾炉还用于辉钼矿、富镍冰铜的氧化焙烧。

沸腾炉的缺点是烟尘率高，热利用率低。

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。

2.2沸腾炉炉型概述
1．床型沸腾床有柱形床和锥形床两种。

对于浮选精矿一般采用柱形床。

对于宽筛分物料，以及在反应过程中气体体积增大很多或颗粒逐渐变细的物料，可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，材料较省，散热较小，空气分布较均匀，因此得到广泛采用。

当炉床面积较小而又要求物料进出口间有较大距离的时候．可采用矩形成椭圆形断面。

2．炉膛形状有扩大形和直简形两种。

为提高操作气流速度、减少烟尘率和延长烟尘在炉膛内的停留时间以保证烟尘质量，目前多采用扩大形炉膛。

另外，还有单层床和多层床之分，对吸热过程或需要较长时间的反应过程，为提高热和流化介质中有用成分的利用率，宜采用多层沸腾炉。

2.3锌精矿硫化沸腾焙烧工艺及主要设备的选择
2.3.1锌精矿硫化沸腾焙烧原理
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SO
2
，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： ZnS + 2 O
2 = ZnSO
4
2）硫化物氧化生成氧化物： ZnS + 1.5 O
2 = ZnO + SO
2
3）金属硫化物直接氧化生成金属： ZnS + 2 O
2 = ZnO + SO
2
4）硫酸盐离解： ZnSO
4 = ZnO + SO
3
； SO
3
= SO
2
+ 0.5 O
2
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 + 3FeSO
4 = 4FeO + 4SO
2
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ZnO、ZnO
4
以及SO
2、SO
3
和O
2。

此外还可能有ZnO·Fe
2
O
3
，ZnO·SiO
2
等。

2.3.2锌精矿硫酸化沸腾焙烧炉炉型选择
锌精矿沸腾焙烧工艺流程要根据具体条件和要求而定，焙烧性质、原料、地理位置等因素不同其选择的工艺流程也不尽相同。

一般可分为炉料准备及加料系统、炉本体系统、烟气及收尘系统和排料系统四个部分。

炉料准备及加料系统主要为沸腾焙烧炉提供合格的炉料，以保证焙烧炉的稳定性和连续性。

加料方式分为干式和湿式两种。

由于湿式加料缺点较多，国内多采用干式加料。

干式加料常采用圆筒干燥窑，圆筒干燥窑是一种最简单的机械干燥设备，窑身由钢板做成，窑内衬为耐火砖。

焙烧炉是焙烧的主体设备，按床面积形状可分为圆形（或椭圆形）和矩形。

矩形很少采用。

圆形断面的炉子，炉体结构强度较大，材料较省，散热较小，空气分布较均匀因此得到广泛采用。

工业生产常用的锌精矿沸腾焙烧炉有道尔式沸腾炉和鲁奇式沸腾炉两类。

图2-1工艺流程图
鲁奇式沸腾炉上部结构采用扩大段，造成烟气流速减慢和烟尘率降低，延长了烟气的停留时间，烟气中的烟尘得到充分的焙烧，从而使烟尘中的含硫量达到要求，
烟尘质量得到保证，焙砂质量较高、生产率高、热能回收好。

低的烟尘率相应提高了焙砂部分的产出率，减小了收尘系统的负担，本设计采用鲁奇式沸腾焙烧炉。

其工艺流程如图2-1所示。

烟气从焙烧炉排出时，温度一般在1123—1353K之间，须冷却到适当温度以便收尘。

常见的烟气冷却方式分直接冷却和间接冷却两类。

直冷主要采用向烟气直接喷水冷却，由于废热得不到有效利用，所以很少采用。

间接冷却由表面冷却器、水套冷却器、汽化冷却器和余热锅炉。

焙烧炉生产的焙砂从流态化层溢流口自动排出，可采用湿法和干法两种输送方法。

两种方法各具特点，企业可根据具体情况，选择适宜的排料方法。

本设计采用干法输送。

图2-2沸腾焙烧炉结构示意图
沸腾焙烧炉炉体（图2-2）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。

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。

①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
m⋅)；对于通过3×3mm的1～3m/s范围内。

一般浮选矿的焙烧强度为15～20t/(d
m⋅)。

筛孔的破碎块矿，焙烧强度为30t/(d
②沸腾层高度即炉内排渣溢流堰离风帽的高度，一般为0.9～1.5m。

③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900～930℃；硫铁矿的氧化焙烧温度为850～950℃。

④炉气成分硫铁矿氧化焙烧时，炉气中二氧化硫13％～13.5％，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。

特点:①焙烧强度高；②矿渣残硫低；③可以焙烧低品位矿；④炉气中二氧化硫浓度高、三氧化硫含量少；⑤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35％～45％是通过沸腾层中的冷却管获得；⑥炉床温度均匀；⑦结构简单，无转动部件，且投资省，维修费用少；⑧操作人员少，自动化程度高，操作费用低；⑨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。

2.3.3气体分布板及风箱
2.3.3.1气体分布板
气体分布板一般由风帽、花板、耐火衬垫构成。

气体分布版的设计应考虑到下列条件：使进入床层的气体分布均匀，创造良好的初始流态化条件，有一定的孔眼喷出速度，使物料颗粒特别是大颗粒受到激发湍动起来；具有一定的阻力，以减少流态化层各处的料层阻力的波动；此外还应不漏料、不堵塞、耐摩擦、耐腐蚀、不变形；结构简单，便于制作、安装和检修。

2.3.3.2风帽
风帽大致可分为直流式、测流式、密孔式和填充式四种。

锌精矿流态化焙烧炉广泛应用测流式风帽。

从风帽的侧孔喷出的气体紧贴分布板进入床层，对床层搅动作用较好，孔眼不易被堵塞，不易漏料。

风帽的材料现多为耐热铸铁。

风帽的排列密度一般为35～100个/2
m，风帽中心距100～180mm，视风帽排列密度和排列方式而定。

风帽的排列方式有同心圆排列、等边三角形排列和正方形排列。

本设计也采用测流式同心圆排列风帽。

2.3.3.3风箱
风箱的作用在于尽量使分布板下气流的动压转变为静压，使压力分布均匀，避免气流直冲分布板。

因此风箱应有足够的容积。

风箱的结构形式由圆锥式、圆柱式、锥台式及柱锥式。

对于大型的宜采用中心圆柱预分布器。

中心圆柱同时起着支撑气体分布板的作用，所以本次设计采用中心圆柱式风箱。

2.3.4流态化床层排热装置
排热方式有直接排热和间接排热。

前者是向炉内喷水，优点是调节炉温灵敏，操作方便，炉内生产能力大些；缺点是：废热未得到利用。

间接排热应用较为普遍，间接排热目的：使流态化床层内余热通过冷却介质达到降温目的。

冷却方式：可采用汽化冷却及循环水冷却两种方式，汽化冷却是较为普遍采用的。

本次设计也采用汽化冷却。

2.3.5排料口
2.3.5.1.外溢流排料口
流态化焙烧炉一般采用外溢流排料口，物料经由溢流口直接排出炉外。

排料口溜矿面可采用混凝土捣制而成，其坡度应大于
60。

外溢流排料处设有清理口。

2.3.5.2底流排料口
当入炉物料存在粗颗粒，或在焙烧过程中生成粗颗粒，一般不能从溢流口排出，应采用底流排料口排料。

所以本次设计采用的排料口为底流排料口。

2.3.6烟气出口
烟气出口的方式有侧面及炉顶中央两种。

本设计烟气出口设在炉膛侧面，炉顶不承受负荷，不易损坏，检修方便。

烟气出口与锅炉之间目前多采用软连接。

第三章物料衡算及热平衡计算
3.1锌精矿流态化焙烧物料平衡计算 3.1.1锌精矿硫态化焙烧冶金计算
根据精矿的物相组成分析，计算时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 、2CuFeS 、87S Fe 2FeS ；脉石中的Ca 、Mg 、Si 分别呈3CaCO 、3MgCO 、2SiO 形态存在。

以100kg 锌精矿（干量）进行计算。

1. ZnS 量 ：kg 60.794
.654
.9745.53=⨯ 其中Zn ：53.45kg S ：26.15kg
2. CdS 量：kg 14.04.1124
.14411.0=⨯ 其中 Cd ；0.11kg S ：0.03kg
3. PbS 量：
kg
16.22.2072
.23987.1=⨯
其中：Pb ：1.87kg S ：0.29kg 4. 2CuFeS 量：kg 46.05
.6351
.18316.0=⨯ 其中：Cu ：0.16kg Fe ：0.14kg
S ：0.16kg
5. 2FeS 和87S Fe 量：除去2CuFeS 中Fe 的含量，余下的Fe 为 5.12kg 0.14-5.26=，除去ZnS 、CdS 、PbS 、2CuFeS 中S 的含量，余下的S 量为
Kg 57.5)16.029.003.015.26(2.32=+++-。

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 ，则可列如下方程式：
：：
872S Fe FeS ⎪⎪⎩⎪⎪⎨
⎧⨯-=⨯-⨯=83257.5785.5512.52
3285.55y x y x
解得：x =4.48kg ，y =5.15kg 即2FeS 中：Fe=4.48kg 、S=5.15kg 、2FeS =9.63kg 。

87S Fe 中：Fe ：5.12-4.48=0.64kg S ：5.57-5.15=0.42kg
87S Fe ：0.64+0.42=1.06kg
6. 3CaCO 量：kg 43.11.561
.1008.0=⨯ 其中CaO ：0.80kg 2CO ：0.63kg
7. 3MgCO 量：
kg 58.03
.403
.8428.0=⨯ 其中MgO ：0.58kg 2CO ：0.30kg
表3-1 混合锌精矿物相组成，kg
注：在其他成分中，2.33-（0.63+0.30）=1.40kg 。

因为2CO 气体进入烟气中。

3.1.2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%，而烟尘产出率占烧结矿的45～50%，取50%，则烟尘量为：kg 4450.088=⨯。

根据生产实践，镉60%进入烟尘，锌48%进入烟尘。

其他组分在烟尘中的分配率假定为50%。

各组分进入烟尘的数量为：
Zn kg 656.2548.045.53=⨯ Cd kg 066.060.011.0=⨯ Pb kg 935.050.087.1=⨯ Cu kg 08.050.016.0=⨯ Fe kg 63.250.026.5=⨯ CaO kg 40.050.080.0=⨯ MgO kg 14.050.028.0=⨯ 2SiO kg 77.150.054.3=⨯ 其他 kg 70.050.040.1=⨯
按生产实践，烟尘中残硫以硫酸盐形态S 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中的数量如下： S s 量： 1000.440.0173=0.761公斤 Sso 4量： 1000.44
0.0214=0.942公斤
1. ZnS 量： 公斤316.232
4
.97761.0=⨯ 其中： Zn 1.555 公斤 S 0.761 公
斤
2. ZnSO 4量：公斤751.432
4
.161942.0=⨯ 其中: Zn 1.925 公斤 S 0.942 公斤
O 1.884 公斤
3. ZnO ·Fe 2O 3量：烟尘中Fe 先生成Fe 2O 3，其量为：
公斤76.37
.1117
.15963.2=⨯
Fe 2O 3有1/3与ZnO 结合成ZnO ·Fe 2O 3,其量为：公斤25.13
1
76.3=⨯
ZnO ·Fe 2O 3量：
公斤89.17
.1591
.24125.1=⨯
其中： Zn 0.51 公斤 Fe 0.88公斤 O 0.50公斤 余下的Fe 2O 3量：3.76-1.25=2.51公斤
其中：Fe 1.76公斤 O 0.75公斤
4. ZnO 量： Zn=2
5.656-（1.555+1.925+0.51）=21.666公斤 ZnO=
公斤966.264
.654
.81666.21=⨯
O=26.966-21.666=5.300公斤 5. CdO 量：
公斤075.04
.1124
.128066.0=⨯
其中：Cd 0.066 公斤 O 0.009公斤 6. CuO 量：
公斤100.05
.635
.7908.0=⨯
其中： Cu 0.08公斤 O 0.02公斤 7. PbO ·SiO 2量：
公斤007.12
.2072
.223935.0=⨯
其中: Pb 0.935公斤 O 0.072公斤 与PbO 结合的SiO 2量：
公斤271.02
.22360
007.1=⨯
余留之SiO 2量：1.77-0.271=1.499公斤 计算结果如下表所示：
表3-2烟尘产出率及其化学和物相组成，kg
3.1.3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烧的量为
Zn 53.45-25.656=27.794 kg Cd 0.11-0.066=0.044 kg Cu 0.16-0.08=0.08 kg Pb 1.87-0.953=0.917 kg Fe 5.26-2.64=2.62 kg CaO 0.8-0.4=0.4 kg
MgO 0.28-0.14=0.14 kg SiO
2 3.54-1.77=1.77 kg
其他 1.4-0.7=0.7 kg
按生产实践，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SiO2结合成PbO˙SiO2；其他金属以氧化物形态存在。

预订焙砂重量为：880.5=44 公斤
各组分化合物进入焙砂的数量如下：
S so42-量： 44x0.011=0.484公斤
Ss量： 44x0.004=0.176公斤
1.ZnSO4量：
公斤
2.441
32
161.4
0.484
=
⨯
其中：Zn 0.989公斤 O 0.968公斤
2.ZnS量：
公斤
536
.0
32
4.
97
176
.0
=
⨯
其中：Zn 0.36公斤
3. ZnO·Fe2O3量：焙砂中Fe先生成Fe2O3，其量为：
公斤
774
.3
7.
111
7.
159
64
.2
=
⨯
Fe2O3有40%与ZnO结合生成ZnO·Fe2O3，其量为：3.774×0.40=1.510公斤
ZnO·Fe2O3量：
公斤
28
.2
7.
159
1.
241
51
.1
=
⨯
其中：Zn 0.618公斤 Fe 1.056公斤 O 0.606公斤余下的Fe2O3量： 3.774-1.51=2.264公斤
其中：Fe 1.583公斤 O 0.681公斤
4.ZnO量：Zn=27.794-（0.989+0.36+0.618）=2
5.827公斤
ZnO= 公斤
145.324.654
.81827.25=⨯
O=32.145-25.827=6.318公斤
5.CdO 量： 公斤
050.04.1124
.128044.0=⨯
其中：Cd 0.044公斤 O 0.006公斤 6. PbO ·SiO 2量：
公斤988.02
.2072
.223917.0=⨯
其中: Pb 0.917公斤 O 0.071公斤 与PbO 结合的SiO 2量：
公斤265.02
.22360
988.0=⨯
余留之SiO 2量：1.77-0.265=1.505公斤 CuO 、Pb ·SiO 2等的数量与烟尘相同。

以上计算结果列于下表
表3-3焙砂的物相组成，kg
3.1.4焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算
焙砂和烟尘中剩余的硫量为：0.176+0.484+0.761+0.942=2.363公斤 焙烧过程中脱硫量为:32.2-2.363=29.837公斤
假定95%的硫生成SO 2, 5%的硫转化成SO 3，需要的O 2量则为：
生成SO 2：29.837×0.95×3232
=28.345公斤 生成SO 3：29.837×0.05×3248
=2.238公斤
由烟尘和焙砂中得，氧化物和硫酸盐的含氧量为：8.535+8.671=17.206公斤 因此，100公斤锌精矿（干量）焙烧需要理论氧量为：28.345+2.238+17.206=47.789公斤
空气中氧的重量百分比为23%，则需要理论空气量为：
公斤778.20723
100
885.47=⨯
为了加速反应的进行，提高设备生产能力，实际鼓风量比理论空气量要大，对于湿法炼锌的沸腾焙烧，按工厂实践，过剩空气系数可取1.25，故实际需要空气量为：
207.778×1.25=259.722公斤
空气中各组分的重量百分比为：N 277%、O 223%。

鼓入259.722公斤空气，其中：
N 2=259.722×0.77=199.986公斤
O 2=259.722×0.23=59.736公斤
标准状况下，空气比重为1.293公斤/标米3 ，实际需要空气之体积为：
标米868.200293
.1722.259=3
空气中各组分的体积百分比为：N 279%、O 221% 其中：N 2=200.868×0.79=158.686标米3 O 2=200.868×0.23=46.200 标米3
3.1.5 沸腾炉排出烟气量和组成
1. 焙烧过程中产出量：
SO 2=29.837×0.95×3264
=56.690公斤
SO 3=29.837×0.05×3280
=3.730公斤
2. 过剩的氧量：60.42-47.789=12.631公斤
3. 鼓入空气中带有的氮量：199.986公斤
4. CaCO 3和MgCO 3分解产出CO 2量：0.63+0.30=0.93公斤
5. 锌精矿及空气带水分产生的水蒸气量：
进入沸腾焙烧炉的锌精矿含一定量水分，取8%，即100公斤干精矿带入水分为：
81008
-×100=8.696公斤
空气带入水分量计算：
假设该地区气象资料：大气压力754.8毫米汞柱，相对湿度77%，平均气温17.5℃。

换算为此条件下空气需要量为：
200.868×2738.7545.17273760⨯+⨯）
（=215.217米3
空气的饱和含水汽量为0.0162公斤/米3，带入水分量为： 215.217×0.0162×0.77=2.685公斤
带入水分总量为：8.696+2.685=11.381公斤
体积：
18
4. 22
381
.
11
=14.163标米3
以上计算结果列于下表:
表3-5烟气量和组成
3.1.6 沸腾焙烧物料平衡
按以上计算结果编制的物料平衡表如下：（未计机械损失）
3.2热平衡计算
3.2.1热收入
进入流态化焙烧炉热量包括反应热及精矿、空气和水分带入热量等。

1.硫化锌按下式反应氧化放出热量Q
1:
ZnS+1/2O
2
=ZnO+SO2+105930千卡
生成ZnO的ZnS量：()
618
.0
82
.
25
51
.0
666
.
21+
+
+
kg
401
.
72
4.
65
4.
97
=
⨯
4
.972.硫化锌按下式反应硫酸氧化放出热量O 2 ZnS+SO 2=ZnSO 4+185050千卡 生成ZnSO 4的ZnS 量:()kg 340.44
.654
.97989.0925.1=⨯+ Q 2=82464
.97340
.4185050=⨯
千卡 3.ZnO 和Fe 2O 3按下式反应生成ZnO.Fe 2O 3放出的热量Q 3: ZnO+ Fe 2O 3= ZnO ·Fe 2O 3+27300千卡 生成ZnO ·Fe 2O 3的ZnO 量
()404.14
.654.8151.0618.0=⨯+千卡
Q 3=
4714
.81404
.127300=⨯千卡
4.FeS 2按下式反应氧化放出热量Q 4
4FeS 2+11O 2=2 Fe 2O 3+8SO 2+790600千卡 Q 4=
158814
.47963
.9790600=⨯千卡
5.FeS 按下式反应氧化放出热量Q 5
2FeS+3/2 O 2= Fe 2O 3+2SO 2+293010千卡
Fe 7S 8分解得到FeS 量：
kg 008.187
42.064.0=⨯
+
CuFeS 2分解得到FeS 量:kg 22.021
16.014.0=⨯+
得到FeS 总量为：1.008+0.22=1.228
85
.872⨯6.CuFeS 2和Fe 7S 8分解得到硫燃烧放出热量Q 6 CuFeS 2= CuS 2+FeS+1/2S 2 分解出S 量：
kg 04.08
.36632
46.0=⨯
Fe 7S 8=7FeS+1/2S 2 分解出S 量：
kg 052.095
.64632
06.1=⨯
1kg 硫燃烧放出的热量为2222千卡则： Q 6=()2042222052.004.0=⨯+千卡 7.PbS 按下式反应放出热量Q 7
PbS+3/2O 2=PbO+SO+100690千卡 PbS+SiO 2= PbO ˙SiO+2030千卡 生成PbO 放出热量：
9092
.23916
.2100690=⨯千卡
生成PbO ˙SiO 量：kg 531.2278.1253.1=+ 生成PbO ˙SiO 放出热量：183
.283531
.22030=⨯千卡
Q 7=909+18=927千卡 8.CdS 按下式反应放出热量Q 8
CdS+1/2O 2=CdO+SO 2+98800千卡 生成CdO 的CdS 量：kg 141.04
.1124
.14411.0=⨯
Q 8 =
964
.144141
.098800=⨯千卡
9.Cu 2S 按下式反应氧化放出热量Q 9 Cu 2S+2O 2= 2CuO+ SO 2+127470千卡 生成CuO 的Cu 2S 量：kg 2.01
.1271
.15916.0=⨯ Q 9=
1601
.1592
.0127470=⨯千卡
10.锌精矿带入热量Q 10
进入流态化焙烧炉的精矿温度为40C
,精矿比热取0.2()C kg
⋅千卡
Q 10=8002.040100=⨯⨯千卡 11.空气带入热量为Q 11 空气比热取0.316()
C m
⋅3千卡
,空气温度为20C ,
Q 11=1360316.020217.215=⨯⨯千卡
12.入炉精矿含水分8.696kg ,水分比热取1.0()C kg
⋅千卡，100kg 精矿中的水
分带入热量Q 12
Q 12=3500.140696.8=⨯⨯千卡
热量总收入Q 总收入= Q 1+O 2+Q 3+Q 4+Q 5+Q 6+Q 7+Q 8+Q 9+ Q 10+Q 11+ Q 12+ Q 13 =78741+8246+471+15881+2048+204+927+96+160+800+1360+350 =109284
3.2.2热支出
1.烟气带走量为Q 烟
炉顶烟气9000
C,各比分比热为(()C m
⋅3千卡
)：
Q
烟
=（18.91×0.592+0.995×0.55+0.84×0.521+160.312×0.33+8.386×
0.350+14.169×0.403）×900=65715千卡
2.烟尘带走的热量为Q 烟尘
有炉中出来烟尘温度为900℃，其比热为0.20千卡/公斤·℃ Q 尘=42.625×900×0.2=7672千卡 3.焙沙带走的热量为Q 焙
由炉中出来焙砂温度为850℃，其余热为0.20千卡/公斤·℃
Q 焙= 43.815 ×850×0.2=7448千卡
4.锌精矿中水分蒸发带走热量为Q 蒸 Q 蒸=G 水t 水C 水+G 水V
式中G 水——锌精矿中水的质量，kg ； t 水——锌精矿中水的温度，40C C 水——水的比热，()C kg kJ
⋅，1；
V ——水的汽化热，()C kg kJ
⋅，40
C ，V 为575。

Q
蒸= G
水
t
水
C
水
+G
水
v
=8.696×40×1+8.696×575=5350千卡
5.精矿中碳酸盐分解吸收的热量为Q
分1
1公斤CaCO3分解吸热378千卡/公斤，1公斤MgCO3分解吸收314千卡/公斤
Q
分1
=378×1.43+314×0.58=723千卡
6.Cu FeS
2和Fe
7
S
8
分解吸收的热量为Q
分2
按1公斤Fe消耗热量为222千卡计
Q
分2
=（0.14+0.64）×222=173千卡
7.通过炉顶和炉壁的散失热量为Q
散
为简化计算，按生产实践，散热损失均为热收入的2.3～5.5%，取5.0%
Q
散=Q
总吸收
5.0%=5464千卡
8.剩余热量为Q
剩
Q
剩= Q
总吸收
-（Q
烟
+Q
烟尘
+Q
焙
+ Q
蒸
+Q
分Ⅰ
+Q
分Ⅱ
+Q
散
）
=109284-（65715+7672+7448+5350+723+173+）
=16739千卡
以上计算结果列于下表:
表3-6锌精矿流态化焙烧热平衡
第四章 沸腾焙烧炉的选型计算
4.1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：
a
A F =
式中： F —需要的床面积，2m ； A-每日需要焙烧的干精矿量，d t ；
α—炉子床能率，()d m t ⋅2；锌精矿酸化焙烧5-6吨/日·米2。

确定A ：设沸腾焙烧炉每年工作330天，床能率取5.5，年产8万吨锌，锌的回收率94%，锌精矿含锌53.45%
A=
5.482%
45.53%9433080000
=⨯⨯t/d
则 273.875
.55.482m a A F ===
4.2前室面积
我国使用的18.7—452m 的流态化焙烧炉均有前室。

小于52
m 的炉子可不用前
室。

162m 的炉子也有不用前室的。

由于本设计的炉床面积为922
m ，固应该采用前室。

前室有矩形和扇形两种，一般为1.5～22
m .这里取22
m .
4.3流态化床断面尺寸:
785
.0785
.0床前室床床f f f D =
-=
式中 前室f —流态化焙烧炉加料前室面积，2m ； 床f —流态化焙烧炉炉床面积，2m ； 床D —炉床直径，m 。

本设计采用圆形带前室炉型，固床断面尺寸: m
F F D 463.10-13.1==前室床床
4.4流态化床高度（沸腾层高度H ）
流态化床高度近似的等于气体分布板至溢流口下沿的高度。

一般它是由炉内停留时间、流态化床的稳定性和冷却器的安装条件等因素确定。

锌精矿酸化焙烧是放热反应，为使床层具有一定热稳定性和流化的均匀性，国内生产的流态化高度一般为m 2.1~9.0。

本设计采用1m 。

4.5炉膛面积和直径
()膛
床
膛烟膛W F t F 864001V ⋅+⋅=
βα
式中 α—沸腾焙烧炉单位面积生产率，d m ⋅2吨； 烟V —单位炉料烟气产出量，204.3533m ； 膛t —炉膛温度，950℃； 床F —炉床面积，87.732m ； 膛W —带KW
带W —颗粒带出速度，一般为1.35s m ，和精矿粒度有关，K 取0.3～0.55，这里取小值0.3.
膛W —405.035.13.0=⨯s m β—2731
()2237.126405
.08640073
.87273950153.20435.5m F =⨯⨯+⨯⨯=
膛
m F D 696.1213.1=⨯=膛膛
4.6炉膛有效高度
1. 未扩大直筒部分1H ，根据操作和安装方便而定，一般取
2.5m 。

2. 扩大部分高度2H ，炉腹角ф取 20。

()m
ctg D D H 068.320212=⋅-=
床膛 3. 炉膛高度膛H
()膛
床膛烟F t
F t V H ⋅⋅⋅+⋅=
8640013βα
式中t —烟气在炉内必须停留的时间，秒.锌精矿酸化焙烧t=15～20s ，取20s
3H =
()膛
床膛烟F t
F t 864001V ⋅⋅+⋅βα=
()=⨯⨯⨯+⨯⨯237
.1268640020
73.87273950153.20435.58.1m
m H H H H 668.131.8068.35.2321=++=++=膛
4.7炉膛空间体积V 炉膛 的确定
对于锌的酸化焙烧，一般取V 炉膛 =（10~12）F 本床 ；
）
（炉膛3m 03.9432-33.8711=⨯=V
4.8气体分布板及风帽
4.8.1气体分布板孔眼率
气体分布板孔眼率即风帽孔眼总面积与炉床面积之比值。

根据国内工厂实践，锌精矿流态化焙烧炉空气分布板的孔眼率一般为%2.1~7.0。

本设计选用1.1%。

4.8.2风帽
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mm 10~3。

高温氧化焙烧炉的孔眼直径取mm 10~8。

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式计算：
()孔
前床炉床孔25.78nd
F F b N +=
式中 N —风帽个数；
n — 一个风帽上的孔眼个数，6； 孔d —风帽孔眼直径，mm ，8mm ；
孔b —分布板孔眼率，%，1.1%。

本设计采用的风帽个数为：
()()个孔
前床炉床孔32756
5.78000064.0273.871.15.782=⨯⨯+⨯=
+=nd F F b N 所以N =3275个。

4.9确定沸腾层冷却面积F 冷却
F 冷却 =Q 剩余/[K （t 沸腾层－t 水）] （m 2）
其中，Q 剩余：沸腾层所需排走热量(由热平衡表中换算得到)； K ：从沸腾层到循环水的综合传热系数； t 沸腾层：沸腾层平均温度，℃ ；
t 水：循环水的平均温度，℃（由蒸汽压力决定）；约为120～180千米/小时,米
2
·℃
2m 457.2440-900160245
.482167390=⨯⨯⨯=
）
（冷却F
4．10水套中循环水的消耗量
A 冷却 = Q 剩余/[C （t －t 入水）]
其中，A 冷却：水套中循环水的消耗量； C ：水的比热，4.187KJ/Kg ·℃； 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 = （公斤/时） 若用汽化冷却，用水量为冷却水的
20
1
~
301 即F 冷却 =22963.8/25=918.55 （公斤/时）
4.11风箱的容积V 风箱
V 风箱=（V 鼓风/800）1.34 ( m 3) 其中，V 鼓风：炉底鼓风量，m 3/h ； V 风箱==195.787m 3
4.12加料管面积F 加料
F 加料 =
G 加料/W 加料 （m 2）
其中，G 加料：加料量，t/h ； W 加料：加料管内质量流量，t/ M 2·h ；
加料管为垂直设置时，一般W 加料= 200～300 t/( m 2·h )。

2
m 0804.0250245
.482=⨯=
冷却F
320m m
m 32.00804.013.1d ===
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300~800mm 。

溢流排料口的宽度要与排料量相适应，可按下列经验公式计算：
B 溢流 =500（G 排料/ρ
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。

ρ
颗粒
：溢流排料口排出物料的真密度，Kg/ m 3 。

本设计采用外滥流排料。

溢汉口孔洞高度600毫米。

598mm
41002443815.010005.48250023
.0=⨯⨯⨯⨯=）（
溢流B
溢流口尺寸:598mm ×600mm 。

4.14 排烟口的面积F 排烟 的计算
F 排烟 = aV 烟（1+βt 烟气）F 炉床 /（86400W 排烟）m 2 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 =
()2m 762.310
8640073
.87273900153.20435.5=⨯⨯+⨯⨯
设用矩形断面，高与宽之比为0.8，则高=m 73.18.0762.3=⨯，宽为2.18m 。

排烟口断面为：高×宽=173mm ×218mm 。

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=100～500 ( mmWG) ，本设计取300
2 、沸腾层压降△P沸腾层：
△P沸腾层=H沸腾层（1－ε沸腾层）（ρ颗粒－ρ气体）+△P颗粒+△P器壁( Pa)
其中，ε沸腾层：沸腾层孔隙度，一般ε沸腾层=0.65～0.80；
△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100～120 mmWG ，本设计取110。

△P沸腾层=1（1-0.7）（4100-1.5）+110=1340 Pa
3、管道压降△P管道：
可按实际管道布置求出。

一般为100～150 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=3009.81+1340+1309.81=5558.3 Pa
5 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，因此:。