设计年产量10万吨电锌湿法炼锌厂沸腾焙烧炉.doc
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1、桂林理工大学高等职业技术院重 冶 课 程 设 计 任 务 书冶金技术 专业 11冶炼(1) 班 姓名 兰海 设计题目: 设计年产量10万吨电锌湿法炼锌厂沸腾焙烧炉起止日期:2014.1.62014.1.17 指导教师 李 旭 光原始资料:1、锌精矿(干)化学成分(%)成分ZnPbCuCdFeSSiO2CaOMgO其它合计%47.651.120.390.2011.4831.752.391.0230.343.657100.0 2、锌精矿的密度:颗粒密度粒度=4100Kg/m3 堆积密度堆=1900Kg/m3 3、含水量:入炉混合锌精矿含水8% 4、工艺条件 1)炉子处理精矿量(干基):624.24
2、t/d,设计选取炉生产能力为5.8t/m2d。2)焙烧温度(沸腾层温度)8500C3)炉膛温度9000C4)空气系数1.25、气象资料月 份1月份7月份全年平均最高气温/0C8.734.822.5平均最高相对湿度/%817178设计内容:1、生产工艺流程的评述和设计流程的确定2、生产技术条件和技术经济指标选择和论证3、冶金计算(物料平衡计算和能量平衡计算)4、主体设备的选择计算5、沸腾炉结构总图1张设计时间:2周,其中:查阅资料: 2天,12部分:1天3部分: 3天,4部分: 1天5部分: 3天整理及编写课程设计说明书2天教研室主任(签名) 系主任(签名) 年 月 日桂林理工大学南宁空港校区
3、课程设计(冶金与资源工程系)题 目 年产10万吨电锌锌湿法炼锌厂沸腾焙烧炉 专 业 冶金技术专业 班 级 冶金11-1班 姓 名 兰海 学 号 5111972112 指导教师 李旭光老师 完成日期 2014年1月6日2014年1月17日 目 录摘 要1第一章 设计概述21.1设计依据21.2设计原则和指导思想21.3厂址及建厂条件论证21.4毕业设计任务3第二章 工艺流程的选择与论证42.1原料组成及特点42.2锌冶金及沸腾焙烧工艺概述42.3沸腾焙烧工艺及主要设备的选择52.3.1沸腾焙烧炉炉型62.3.2气体分布板及风箱92.3.3流态化床层排热装置102.3.4排料口102.3.5烟气出
4、口10第三章 物料衡算及热平衡计算113.1锌精矿流态化焙烧物料平衡计算113.1.1锌精矿硫态化焙烧冶金计算113.1.2烟尘产出率及其化学和物相组成计算123.1.3焙砂产出率及其化学与物相组成计算153.1.4焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算183.2热平衡计算213.2.1热收入213.2.2热支出24第四章 沸腾焙烧炉的选型计算264.1床面积264.2前室面积264.3流态化床断面尺寸274.4流态化床高度(排料口高度)274.5炉膛面积和直径274.6炉膛高度284.7气体分布板及风帽294.7.1气体分布板孔眼率294.7.2风帽29第五章 环保与安全305.1 概述3
5、05.2 废气治理315.3劳动保护32第六章 结论33致 谢34参考文献35- 39 - 摘 要沸腾焙烧炉是炼锌的主要辅助设备。当前,社会和经济可持续发展新的价值观和环保法规定对沸腾焙烧炉的设计与操作提出了越来越严格的要求。能否实现最大限度的节能和最小程度的污染,高效率、高质、高寿命、低能耗、低污染,这是设计的目标。本文是年产9 万吨锌湿法冶金沸腾焙烧车间设计说明书。文章共分为五大部分,第一部分简要介绍锌的性质和用途以及锌冶金的基本状况(第一章)。第二部分通过对现有的工艺流程的对比分析,选择了焙烧热酸浸出净化电积的湿法炼锌流程,在焙烧工段上选择鲁奇式沸腾焙烧技术,浸出工段选择了黄钾铁矾法热酸
6、浸出,同时选择了湿法炼锌的技术经济指标和操作条件,并且对厂址进行了选择与论证(第二、三章)。第三部分是冶金计算,包括物料平衡计算和热平衡计算(第四章)。第四部分是利用冶金计算结果设计主体设备,并对一些主要辅助设备进行设计和选型(第五、六章)。第五部分是对本设计中的辅助生产的一些问题进行分析说明,包括厂内运输和水电供应,车间配置和管理、三废处理和环保(第七至十章)。关键词:工厂设计;湿法炼锌;焙烧;鲁奇型焙烧炉第二章 工艺流程的选择与论证2.1原料组成及特点本次设计处理的原料锌精矿成分如下表所示。表2-1 锌精矿的化学成分化学成分ZnPbCuCdFeSCaOMgOSiO2其他wB(%)52.02
7、0.210.650.418.5832.080.780.053.281.942.2锌冶金及沸腾焙烧工艺概述锌主要以硫化物形态存在于自然界, 氧化物形态为其次。在硫化矿中, 锌的主要矿物是闪锌矿和高铁闪锌矿,经选矿后得到硫化锌精矿。通过这些炼锌矿物生产出锌锭的工艺被分为两大类: 火法炼锌和湿法炼锌。而目前世界上主要炼锌方法是湿法炼锌,有85%以上的原生锌锭是通过湿法炼锌的方法生产出来的。火法炼锌是利用锌的沸点(906) 较低, 在冶炼过程中用还原剂将其从氧化物中还原挥发, 从而使锌与脉石和其它杂质分离, 锌蒸气进入冷凝系统被冷凝成金属锌。而硫化锌精矿则需经过焙烧而氧化成氧化物, 然后再进行还原挥发
8、、冷凝得到粗锌, 粗锌经精馏后得精锌。在锌火法冶金工艺中, 由于使用还原剂, 产生大量的温室气体, 在不同程度上对大气环境都有污染。湿法炼锌工艺实现了设备的大型化, 并消除火法冶金的某些缺陷, 如使用固体还原剂, 使环境保护问题得以大为改善。与火法冶金不同的是,湿法冶金过程中的主要化学反应是在水溶液中进行的。在许多情况下往往是湿法与火法相配合。与火法冶金相比较,湿法冶金具有如下优点:(1)可以直接制取纯净的金属;(2)可以有选择性地浸出有价元素,而不与脉石作用;(3)能综合提取各种有价元素;(4)适于处理贫矿,也适合处理精矿以及复杂矿;(5)生产的伸缩性大,生产规模可大可小;(6)空气污染和硫
9、的回收问题好解决;(7)劳动条件好(低温)等。湿法炼锌由锌精矿的沸腾焙烧、焙烧矿的浸出、净化和电积4个工序组成。湿法炼锌(又称电解法炼锌)处理硫化锌精矿同样也要经过焙烧工艺,使硫化锌精矿变成易于被稀硫酸溶解的氧化锌。湿法炼锌的主要优点是环境卫生,劳动条件好,金属回收率高,产品质量高,易于实现大规模的连续化、自动化生产,且湿法炼锌能综合回收10 多种有价元素, 对环境的影响小, 可以产出高品位锌。鉴于湿法炼锌有以上优点,本设计采用湿法炼锌工艺。2.3沸腾焙烧工艺及主要设备的选择金属锌的生产,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
10、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
11、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 + 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 +
12、 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。2.3.1沸腾焙烧炉炉型沸腾焙烧炉简称沸腾炉,又称流化床焙烧炉。用固体技术焙烧硫化矿的装置。过程有反应热放出,产生含有二氧化硫的气体主要用来制造硫酸,矿渣则用作冶金原料。沸腾焙烧炉是流态化技术的热工设备,具有气-固间热质交换速度快、沸腾层内温度均匀、产品质量好;沸腾层与冷却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,而广泛应用于锌精矿的氧化焙烧。沸腾焙烧工艺流程要根
13、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,国内没有工厂采用。固本设计采用干式加料。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
14、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。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11231353K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
15、却器和余热锅炉。目前,国内最常用的是余热锅炉。本设计采用余热锅炉。干燥后锌精矿加 料分 配抛 料沸腾焙烧溢流焙砂流态冷却高效冷却球 磨仓式泵送焙砂仓仓式泵送焙 砂送浸出工序空 气底排焙砂压缩空气风箱料烟 尘烟 尘烟 尘排 风电收尘旋涡收尘烟 气余热回收烟 气送制酸 图2-1鲁奇式沸腾炉焙烧工艺工艺流程图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。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
16、。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。炉顶有防爆孔。图2-2沸腾焙烧炉沸腾焙烧炉分直筒型炉和上部扩大型炉两种:直筒型炉。多用于有色金属精矿的焙烧,焙烧强度较低,炉膛上部不扩大或略微扩大,外观基本上呈圆筒型。上部扩大型炉。早期用于破碎块矿(作为硫酸生产原料开采的硫铁矿,多成块状,习惯称块矿)的焙烧。后来发展到用于各种浮选矿(包括有色金属浮选精矿、选矿时副产的含硫铁矿的尾砂,以及为了提高硫铁矿品位而通
17、过浮选得到的硫精矿,这些矿粒度都很小)的焙烧,焙烧强度较高。 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的筛孔的破碎块矿,焙烧强度为30t/()。 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、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
18、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。 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。但沸腾炉炉气带矿尘较多,空气鼓风机动力消耗较大。2.3.2气体分布板及风箱2.3.2.1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
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