575203326毕业设计论文年产7万吨硫酸焙烧工段的车间工艺设计

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1、襄樊学院化学与生物科学系2006届毕业生毕业设计说明书设计题目：年产7万吨硫酸焙烧工段的车间工艺设计学 生：学 号：专业：化学工程与工艺指导老师：日 期：2006年5月目录前言1 总论11 概述111 硫酸工业发展简史112 硫酸的性质、用途和品种规格113 硫酸的生产方法12 文献综述 121 工业制取硫酸的种类122 我国硫酸工业的现状和发展分析 2 生产方案和生产流程确定 21 生产方案的确定22 生产流程的确定221 原料工段222 焙烧流程223 净化流程224 干吸流程225 转化流程226 流程框图227 生产工艺流程的确定3 生产流程简述31 硫酸生产原料预处理工艺311 硫铁

2、矿的预处理32 硫铁矿的焙烧工艺321 硫铁矿焙烧原理322 硫铁矿焙烧操作条件322 硫铁矿焙烧设备33 焙烧车间开停车方法331 开车332 短期停炉后的开车333 长期停车334 短期停车335 紧急停车34 炉气净化工艺341 净化的目的和指标342 净化的原理及设备343 净化流程35 二氧化硫气体的转化工艺351 二氧化硫的催化氧化36 三氧化硫的吸收工艺37 三废处理4 工艺计算41 物料衡算42 热量衡算5 设备选型及工艺计算51 设备选型511 沸腾炉512 旋风除尘器513 电除尘器52 典型设备的工艺计算521 沸腾炉的工艺计算6 车间布置前言本设计为年产7万吨硫酸焙烧工

3、段的车间工艺设计，主要设计内容有：产品介绍、生产方法的选择及工艺流程的设计、工艺生产的简述（包括焙烧工艺、净化工艺、转化工艺、吸收工艺及三废的处理）、工艺设计计算、主要设备的工艺设计及选型、车间布置设计以及图纸设计绘制。通过毕业设计提高自己的动手能力和勤于思考的能力，将所学的书本知识应用于实践中去。掌握硫酸的工艺流程及制备方法。本设计由本人独立完成，在此期间得到了指导老师宋春玲及其它同学的热情帮助和支持，谨此表示衷心感谢！由于时间仓促，本人水平有限，设计中难免存在不少问题，敬请各位老师、师傅指正！ 编者： 日期：2006年5月1 总论11 概述硫酸是重要的基础化工原料之一，是化学工业中最重要的

4、产品，主要用于制造无机化学肥料，其次作为基础化工原料用于有色金属的冶炼、石油精炼和石油化工、纺织印染、无机盐工业、某些无机酸和有机酸、橡胶工业、油漆工业以及国防军工、农药医药、制革、炼焦等工业部门，此外还用于钢铁酸洗。111 硫酸工业发展简史1目前，我国共有硫酸生产企业600多家，其中小型硫酸厂占80%左右，产量占总产量的55%左右，其生产工艺、设备和环保等技术水平相对比较落后，原材料消耗高，设备效率低，环境污染较严重，经济效益较差，与大型企业相比仍有相当大的差距，严重影响了这些企业的市场竞争力。2近年来我国硫酸工业发展速度较快，硫酸年产量由1995年的1684.58万吨（折100%）发展到2

5、001年的2651.34万吨（折100%），1995年至2002年间硫酸产量年平均增长率达到了8.11%。3近几年来，我国硫磺制酸发展也比较快。1995年硫铁矿制酸所占比例约为80%，1998年硫铁矿制酸所占比例约为60%，到了2001年比例下降到40%左右。同时，硫磺制酸所占比例由1995年的1.5%左右增加到2001年的30%左右，硫磺制酸工业发展速度较快。这主要是受进口硫磺价格低、国内硫铁矿资源紧张等因素制约了硫铁矿制酸的发展112 硫酸的性质、用途和品种规格纯硫酸是一种无色油状液体，凝固点283.36K、沸点611K（98.3%的硫酸），密度1.854g/cm3，相当于物质的量浓度为1

6、8.4mol/L。浓硫酸溶于水会产生大量的热，若不小心将水倒入浓硫酸中，将会产生剧热而导致爆炸。因此在稀释浓硫酸时，只能把浓硫酸在搅拌下缓缓地倒入水中，绝不能把水倒入浓硫酸中硫酸是化工的重要产品之一，在国民经济中有着十分广泛的用途。大量用于生产磷肥(过磷酸钙)和氮肥(硫酸铵),消耗量几乎占硫酸产量的一半以上；在有机化工、纤维、塑料、染料以及农药生产中都要用硫酸；无机化工中硫酸盐、磷酸盐、铬酸盐等无机盐的生产，也要用硫酸；国防和原子能工业中制造各种无烟炸药、从铀矿中萃取铀；冶金工业中金属精炼、石油工业产品精制等。 工业硫酸是指S03与H2O以一定比例混合而成的化合物，分为稀硫酸(H2S04含量6

7、5和75%)、浓硫酸(H2S04含量92.5和98%)和发烟硫酸(游离S03含量20%)。国标(GB534-89)规定硫酸产品规格如表表1 国标(GB534-89)规定硫酸产品规格如表指标硫酸发烟硫酸wH2SO4/% 92.5 98w游离SO3/% 20w灰分/% 0.10 0.10 0.10wFe /% 0.03113 硫酸的生产方法由于二氧化硫转化制酸所用的触媒和转化进行的发式不同，先后形成了生产硫酸的两大方法：接触法和硝化法。1接触法：主要的原料为燃硫或硫化铁得来的二氧化硫，及空气中的氧，使二氧化硫氧化而为三氧化硫，吸收于水中，即可得任何浓度的硫酸。惟此氧化，须有某种接触剂存在时始有作用

8、；最常用者为铂及钒之氧化物。二氧化硫自燃硫而得者可直接使其氧化，若自燃硫化铁的燃烧，而得者须先降冷，洗之以酸或由滤过法或由沉淀法使之清洁；灰尘，硫蒸汽，砷，磷及其它物质存于气流中者，必须除去免其害及接触剂，为不纯物质对于氧化矾危害较铂轻。2硝化法：硝化法又分为铅室法与塔式法两种。由于铅室法设备庞大，耗铅量多，且成品酸浓度低，所以这种生产方法已被淘汰。塔式法的生产原理，是借助于氮氧化物的氧化传递作用，将二氧化硫氧化成三氧化硫。反应过程是在液相中进行。其流程比较简单，多者9个塔，少者5个塔，一般采用的是7个塔，有吸收塔、氧化塔和脱硝塔三个部分。塔式法的优点是系统不排污水污酸，对原料要求不高，硫的利

9、用率比较高，投资较接触法节约三分之一以上。缺点是成品酸的浓度低（2876%），用途受到限制，也不便于运输，大部分就地生产普钙；在生产过程中，含硝硫酸对设备腐蚀严重。因此，塔式法生产发展受到了一定限制。目前我国仅有两个塔硫企业在继续生产。成品酸中含有部分氮氧化物，为补充氮氧化物的损耗，生产过程中要不断补充浓硝酸。 12 文献综述121 工业制取硫酸的种类1硫铁矿制酸 硫铁矿在沸腾焙烧炉内通空气燃烧产生SO2气体，经余热锅炉回收热量后，依次通过旋风除尘和电除尘进行干法除尘。随后，炉气再通过洗涤、冷却、除雾等一系列的净化操作进入干燥塔。干燥后的炉气用主鼓风机压送至一转一吸或两转两吸制酸装置内制取硫酸

10、。其反应如下：2硫磺制酸 反应时生成的热传递给进入接触室的需要预热的浓和气体并冷却反应后生成的气体（即热交换过程） 熔融硫磺在焚硫炉内用干燥空气燃烧产生SO2气体，经余热锅炉回收燃烧热后进入“一转一吸”或“两转两吸”制酸系统制取硫酸。其反应如下： 3冶炼烟气制酸 主要利用有色金属铜、铅、锌、镍、钴等硫化矿在熔炼过程中产生的SO2烟气进行制酸。其工艺流程除焙烧系统随有色金属硫化矿的焙烧工艺不同而有异外，其制酸工艺与沸腾炉炉气制酸相同。122 我国硫酸工业的现状和发展分析1我国硫酸工业的现状2003年，我国硫酸产量达到3371.2万t，比上年增产320万t，增长10.5%，摆脱了长期以来位居次席的

11、地位，超越美国的3050万3100万t。由于进口硫磺一直在高价位运行，部分硫磺制酸装置改回硫铁矿制酸，硫铁矿制酸一改过去的下降趋势，产量达到1303.4万t，比2002年增长8.1%，占总产量的38.7%；硫磺制酸产量为1260.9万t，占总产量的37.4%；冶炼烟气制酸产量为752.1万t，占总产量的22.3%；磷石膏及其他制酸产量为54.7万t。2003年我国硫酸表观消费量为3565.2万t。其中，磷复肥用酸占67.6%，增长18%；其他化肥消耗4.1% ；非化肥用酸28.3%，增长8.7%。虽然国内产量增长很快，但仍无法完全满足需求。2003年进口硫磺499万t，比上年增长22%；进口硫

12、酸193.9万t，与上年基本持平。2004年硫酸产量及市场显现多年未见的好形势，其中有两个原因，一是从2003年底开始，中央紧抓三农问题，出台一系列对化肥企业的利好政策，促进了磷复肥特别是高浓度磷复肥生产，磷复肥每月以同比20%以上的速度增长；二是国民经济的快速增长，增加对硫酸的需求，因此，2004年每月硫酸产量同比增长都在18%以上，全国硫酸市场出现少有的供不应求形势，价格一路上扬。2004年全国硫酸产量3994.6万吨，同比增长18.5%。产量最大的是云南。2005年12月总产量为669.4万吨，比2004年同期564.9万吨增长18.5。预计2005年硫酸产量可超过4400万吨，同比增长

13、10.1%；其中硫磺制酸2000万吨，同比增长23.2%；冶炼烟气制酸900万吨，同比增长4.7%；硫铁矿制酸1450万吨，同比增长1.4%；其它制酸55万吨，与2004年基本持平。进口硫酸175万吨，由于韩国硫酸减少，总进口量比2004年进一步下降。2我国未来硫酸产业发展分析（1）稳定硫铁矿制酸随着冶炼烟气制酸以及硫磺制酸的发展，我国硫铁矿制酸的产量在总产量中将下降到50 %左右，到2005年，其年产量基本稳定在1300万1400万吨。对现有大、中型硫铁矿制酸能力暂不能盲目改为硫磺制酸，主要是采取积极措施解决对水质的污染问题，降低硫铁矿制酸成本，增强竞争力；同时积极推广沸腾炉焙烧硫磺技术，在

14、世界硫磺价格适合时，部分矿制酸装置以硫磺为原料生产硫酸，既减少了改造投资，充分利用了世界硫资源，又能为硫磺价格的大幅度波动留有退路。（2）积极稳妥地发展硫磺制酸我国硫磺资源较少，硫磺年产量多年来维持在30万吨左右，根据有关部门预测，我国在今后的1015 年内，为满足国内对油品的需求，进口原油量将达到1 亿吨，而且大部分为中东高硫原油，在加工过程中必然会产生大量硫化氢气体；同时内地炼厂对原油的深度加工，也会副产大量酸性气体，因此，在可预见的将来，我国回收硫磺的总产量会有较大幅度的增长。未来的5至10年间，我国的回收硫磺预计可达到100150万吨，扣除工业用硫磺3040万吨，还有100万吨以上的硫

15、磺可用于硫酸生产。预计2010年我国进口硫磺总量将达到800万吨，届时硫磺制酸产量将占我国硫酸总产量的30 %。我国对硫磺需求的快速增长将引起世界市场硫磺供求和价格的波动，若不及时加以适当的控制，当我国硫磺进口量占到世界硫磺贸易量的20%时，世界市场硫磺价格将出现不断上涨的趋势，我国硫磺制酸将面临极大的风险，同时会导致硫铁矿企业萎缩，使我国硫酸工业以及需要硫酸的工业受到极大的损失。所以应引起高度重视和适度控制。（3）谨慎适度地发展磷石膏制酸随着我国高浓度磷复肥的发展，排出磷石膏量增加，磷石膏作为一种资源也得到了一定发展。磷石膏制硫酸技术首先在山东鲁北化工总厂试验成功，且在年产4万吨的基础上，不

16、断改进工艺。在此基础上，国家又安排了扩大试点项目，鲁西、青岛、遵化、银山已达到和超过设计能力，鲁北新建成15 万吨/年磷铵、20万吨/年磷石膏制酸联产30万吨水泥装置已投产，且在技术上又有所突破，同时还解决了磷石膏堆存占地问题。大型装置建设成功是利用磷石膏的重要途径，但由于该技术投资大、能耗高，在解决固体废渣的同时，又很容易造成“废气”和“废液”更为严重的二次污染，因此，今后我国对磷石膏制酸技术的发展，将持非常谨慎的态度。（4）继续加强冶炼烟气制酸的回收和利用2005年预计我国主要十大有色金属冶炼厂将使制酸能力达到420万吨以上，黄金矿冶炼制酸也将逐年增加。冶炼烟气制酸产量继续占全国硫酸产量1

17、8%20%。我国磷复肥工业的发展将充分利用冶炼烟气制酸资源，继续贯彻“酸肥结合”的发展方针，促进高浓度磷复肥和冶炼烟气制酸工业的协调发展。（5）硫酸工业的技术发展趋势硫酸工业的技术发展趣势，主要有以下几个方面：1) 提高SO2 气体的浓度，强化设备，降低投资；2) 降低系统阻力；3) 采用耐腐蚀材料，保证设备可靠运转；4) 提高余热利用效率；5) 消除污染；6) 生产设备大型化和集中化；7) 采用电子计算机控制技术；8) 改进冶炼烟气制酸技术；9) 加速新技术的开发与研究。2 生产方案和生产流程确定21 生产方案的确定根据二氧化硫转化制酸所用的触媒和转化进行的发式不同，先后形成了生产硫酸的两大

18、方法：接触法和硝化法。由于接触法比硝化法具有产品浓度高、杂质少的优点，所以本设计说明书将采用接触法制取浓硫酸。硫酸生产加工的原料主要有硫磺、硫铁矿、硫酸盐及含硫工业废物硫磺含硫99.5%，该工艺流程简单、投资费用少、生产成本低。但是天然硫矿在世界上并不丰富，从石油、天然气生产中可回收大量硫。硫铁矿按其来源分类有普通硫铁矿、浮选硫铁矿和含煤硫铁矿。普通硫铁矿中含硫25%-52%，含铁35%-44%。浮选硫铁矿又称尾砂，含硫量为30%-40%。含煤硫铁矿含硫35一40%，含碳10一20%。 硫酸盐有石膏（CaSO4）, 芒硝（Na2SO4）和明矾石KA13(OH)6(SO4)2等。含硫工业废物主要

19、指有色冶金厂、石油炼制副产气及低品位燃料燃烧废气中的SO2，炼焦工业的焦炉气和合成氨厂的半水煤气中的H2S，以及金属加工厂酸洗液、石油炼厂的废酸与废渣。我国1997年硫酸产量中以硫铁矿制酸的占71.52%，冶炼烟气占制酸21.53%，硫磺制酸占5.44%，石膏制酸占1.2%.由于天然硫矿在世界上并不丰富，世界市场硫磺价格将出现不断上涨的趋势，我国硫磺制酸将面临极大的风险；石膏制酸由于该技术投资大、能耗高，在解决固体废渣的同时，又很容易造成“废气”和“废液”更为严重的二次污染，因此，今后我国对磷石膏制酸技术的发展，将持非常谨慎的态度；冶炼烟气来源较少而且制酸产量不高；而硫铁矿来源广、价格合理、产

20、酸量高。所以本设计说明书将采用硫铁矿接触法制取浓硫酸。 22 生产流程的确定221 原料工段原料处理能力要满足生产周转，与硫酸生产能力相匹配，能够满足焙烧工艺的进料工况条件结合矿源及工程，应着重考虑如下问题原料的卸车及转运方式、矿库的贮存能力(库容)、干燥及含尘尾气处理、块矿的破碎及筛分等。原料工段设置应尽量少进行固体物料的交叉，流程越简单越好。222 焙烧流程焙烧流程一般为:焙烧炉废热锅炉旋风除尘器电除尘器，也可以不设旋风除尘器，瓮福2 x 400 kt/a硫铁矿制酸项目、原南化七系统等即如此。这种流程非常紧凑，但电除尘器需专门设计且操作管理要求较高。为了尽可能使工艺技术和设备制造立足国内，

21、增加装置操作的可靠性，使用国内的电除尘器，则倾向于设置旋风除尘器。一般采用增湿输送的干法排渣，有刮板输送机冷却滚筒(增湿)一带式输送机流程和冷却滚筒+冷却滚筒(增湿)带式输送机两种流程，目前设计倾向于使用后一种流程。223 净化流程大型硫酸装置选择酸洗净化流程。国内大型装置空塔流程居多，即空塔(增湿塔)填料冷却塔(稀酸板式换热器)一两级电除雾器。近十多年来我国投产的硫铁矿制酸酸洗净化流程绝大多数使用此流程，亦是比较容易掌握的流程。近年来冶炼烟气制酸选择动力波洗涤器代替空塔居多，国内有关专家认为，动力波洗涤器特别适用于烟气量波动比较大的情况，效果较好，但压降较大，对气量均衡稳定的硫铁矿制酸并无明

22、显优势。224 干吸流程干吸流程有塔槽一体化流程、三塔一槽流程、三塔两槽流程和三塔三槽流程。塔槽一体化即干燥塔、一吸塔、二吸塔均不设外部泵槽，由各塔的底部分别存液，循环泵设于塔外的管道上，国内比较典型的为贵州瓮福2400kt/a硫铁矿制酸装置。塔槽一体化省去了泵槽和很多的管线，使得工艺流程简单、设备布置紧凑，有一定的优越性，但在设计时要考虑泵的密封，特别是一吸循环泵。目前，国内设计多采用三塔两槽流程，又以干燥塔一个循环槽.两吸收塔共用一个循环槽居多。干吸塔普遍使用不锈钢槽管式分酸器及大规格填料，可大幅增加分酸点，降低填料高度，优化塔的操作状况，提高塔的操作效率，塔的顶部装设高效除雾器。225

23、转化流程转化工序基本采用两转两吸流程，国内“2+2”,“3+2”,“3+1”几种流程都有，但目前采用较多的是，“3+1”流程，配套换热流程有 和 等，设计选择较多的 根据系统热平衡计算，可以考虑设置热管省煤器。转化系统的流程和设计参数的选择，实际上是系统的优化问题，需与所用催化剂和所用设备情况综合考虑，应尽量提高一转化的转化率，使尾气排放更容易达到日益严格的环保要求。电除尘器增湿塔 硫铁矿226 流程框图沸腾炉废热锅炉旋风除尘器鼓风机冷却塔第一电除雾器第二电除雾器干燥塔空 气放空吸收装置转化装置硫 酸227 生产工艺流程的确定硫酸生产工艺流程以炉气净化方法来命名，有封闭洗流程和水洗流程硫铁矿制

24、酸接触法水洗流程与封闭洗流程基本相似，只是净化工序有些不同。与封闭洗流程比较，水洗流程基建费用低、设备少、操作管理简便。但是，水洗流程产生污水中的硫酸浓度太低，难于回收，二氧化硫有一部分溶解在污水中损失，污水中含有砷、氟、矿尘等有害杂质，需要进行处理，否则会造成环境污染。 本设计将采用封闭洗流程。工艺流程说明成品贮斗中的合格原料经过炉前胶带喂料机从沸腾炉加料口送入沸腾炉内，在800-900的高温气流的作用下，发生激烈的沸腾燃烧。燃烧后粒径较大的矿渣从溢流口排出炉外，粒径较小的矿尘随炉气等物质混合一起从炉顶出口进余热锅炉，旋风分离器，电除尘器，部分矿尘在锅炉，旋风分离器，电除尘器中被分离出来。炉

25、内的流动空气由炉前鼓风机提供。同时在焙烧过程中为保证沸腾炉内的温度条件，除部分热量由炉气和矿渣带出沸腾炉外，多余的热量则由炉内的沸腾层汽化器进行热交换带走。操作指标：炉底中、上层温度 7001000炉底压力 11.016.0kpa渣、尘含硫 0.5%烧出率 98.5%炉出口温度 70010003 生产流程简述31 硫酸生产原料预处理工艺311 硫铁矿的预处理硫铁矿除主要成分FeS2外，还含有铜、锌、铅、砷、镍、钻、硒、碲等元素的硫化物和氟、钙、镁的碳酸盐和硫酸盐以及少量的银、金等杂质。硫铁矿含硫量一般为30-50%,25以下则为贫矿。硫铁矿的粒度影响焙烧反应速率和脱硫程度，还关系到焙烧的操作状

26、态。破碎操作一般是先将大块矿石粗碎至35一45mm以下，而后再细碎至碎粒小于3一6mm，然后送入料仓或直接到焙烧炉。硫铁矿石由抓斗吊入料仓，然后通过电振给料机均匀地送到1#和2#皮带机上，进入自磨机，粉碎至3.5mm。粉碎后的矿石以热风炉来的热空气为载体，由主风机抽出自磨机，进入沉降箱。在沉降箱内，由于气体速度和气流方向的改变，在惯性和重力的双重作用下，气体中粉矿沉降下来。被热风带走的矿粉经过旋风分离器分离，除去较细矿粉。热风由副风机抽走，一部分回到自磨机进口循环使用，另一部分经过两级静电除尘器，继续收尘，气体引入副风机后放空。粉矿经过锁气阀及运输设备送至成品库焙烧使用。工艺指标入炉矿料含硫：

27、25% ，水分：8% ，粒度10mm（目测无大颗粒既可）32 硫铁矿的焙烧工艺321 硫铁矿焙烧原理硫铁矿在焙烧中发生化学反应，主要生成SO2，分两步进行，第一步FeS2分解2FeS2 = 2FeS + S2 -Q第二步是分解氧化S2 + 2O2 =2SO2 + Q4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2+ Q总反应方程为4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2+ 3411Kj当空气较少,氧气刚好满足反应需要不过量,生成Fe3O43FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2+ 2435kJ焙烧过程发生的副反应有：SO2与高温炉渣(Fe2O3)接触被催化氧化为

28、SO3；矿石中钙、镁的碳酸盐分解为相应的氧化物，与SO3作用生成硫酸盐；铜、锌、钻、硒、砷等元素的硫化物氧化生成相应的氧化物，焙烧过程放出大量热，完全可以维持反应所需温度。放出的热量除高温设备热损失外，主要消耗在加热炉气和矿渣以及蒸发矿石中的水分。在硫铁矿焙烧两步主反应中，FeS2的分解速率大于FeS的燃烧速率。FeS的焙烧是一个气固相反应，经历了空气中 O2从气流主体向矿粒表面扩散、O2与固相FeS发生化学反应、生成的SO2向气流主体扩散几个步骤。为了得到硫铁矿中硫的高烧出率和焙烧反应速率，应设法提高FeS的焙烧速率。O2通过氧化层的扩散控制着FeS的燃烧速率，为了提高整个反应速率，就得设法

29、增大O2的扩散速率。 322 硫铁矿焙烧操作条件1 温度 提高温度有利于增大O2通过氧化层的扩散速率，从而加快FeS焙烧速率，提高FeS2分解速率。但温度太高，会使矿料熔融，引起炉内结疤，破坏了炉内正常操作。焙烧温度控制在850950为宜。2 矿粒度矿粒度决定着气固两相接触表面积和O2通过氧化铁层的扩散阻力。矿粒度越小，O2容易扩散到矿粒内部，提高了FeS焙烧反应速率。矿粒度太小会导致炉气所含矿尘增多，给炉气净化带来困难。实际生产中，要控制一定的粒度分布。 3 氧浓度O2的浓度增加，可加快O2通过矿粒表面氧化铁层的扩散速度，提高了硫铁矿焙烧速率。氧浓度过高，生成的SO2转化为SO3，使炉气冷却

30、后生成酸雾多，会加重净化的负荷。 322 硫铁矿焙烧设备 焙烧炉有块矿炉、机械炉、沸腾炉等几种型式，我国广泛使用沸腾炉。 沸腾炉的构造如图示。炉体由钢板焊接成圆筒，内垫耐火砖。炉内上部分为炉膛，包括沸腾层和燃烧空间。下部为空气分布室，室内有空气预分布器，分布板上装有若干个分布帽。矿料由加料口加入炉膛，具有一定风压的空气从炉底经风帽，连续通入炉膛。矿料在炉内上下翻腾而像液体沸腾一样，形成一定高度的沸腾层，从而达到高的硫烧出率和大的生产能力。生成SO2夹带有细小矿粒的炉气经燃烧空间继续焙烧和沉降分离后，从炉体上部炉气出口排出，而炉渣则从出渣口排放掉。3.3焙烧车间开停车方法3.3.1开车沸腾炉升温

31、的方法有几种，如：木柴，木炭或木屑升温法；柴油、矿料、木柴（柴油）载体升温法等。本规程仅就本厂的升温法予以说明：1.点火升温a.联系净化、转化、干吸等岗位准备开车。b.参与点火升温人员在点火前分工，明确一人统一指挥点火升温。c.启动炉前送风机，打开喷油枪阀门，将点燃的火把从视孔中伸入沸腾炉内，点燃油枪喷出的柴油，同时根据炉内的燃烧情况，及时调节油量及风量大小。d.当炉内温度大约达450，炉内底料大量分解出单质硫，并有蓝色火焰时，通知转化工段通气，注意系统调节，同时停止供油，封好视孔盖板，适当加大风量，保持炉内有良好的沸腾状况。2.点火中的注意事项a.先启动送风机，再开油枪喷油，油要成雾状。b.

32、看火时，必须在视孔外斜视，防止喷火烧伤面部。c.距离沸腾炉周围10cm以内不得堆放易爆品，并备有灰火器材。3.2短期停炉后的开车a.检查本岗位检修项目的完成情况，通知原料工段供料，通知系统其他岗位进行开车前的准备工作。b.检查电器设备和仪表等是否齐全完好。c.检查炉前风机并盘车。d.检查风机螺栓紧固件有无松动。e.通知电工到位，并作好开车前的电器准备工作。f.待主风机启动运行正常后，再启动送风机，加风加料，转入正常生产。加风时要平稳，同时注意观察炉子底温与底压的变化情况。3.3长期停车a.接到停车通知后，通知原料工段停止供料。b.把成品料贮斗及喂料机料斗内的原料用完。c.与锅炉、转化等工序取得

33、联系，确认排渣为红色后，通知停下主风机，减小炉前送风量，停喂料机，打开烟囱，盖好加料口，小风量吹降温。d.炉内最高温度降至200以下时，停炉前送风机，进行自然降温。e.停车后，关闭所有的阀门。3.4短期停车a.停车前与锅炉、转化取得联系。b.注意观察排渣颜色，如颜色较黑，应适当减料，直到颜色变成棕色为止。c.注意观察炉底各部位温度的高低。若太高应等温度下降至900左右。e.停车条件具备后，停止喂料，停送风机，并通知转化工段停车。顺序是先停喂料机，再停送风机，最后停主风机。f.作好停车时间记录。g.关闭所有阀门。3.3.5紧急停车当突然断电或接到紧急停车信号或系统发生故障时，采取发下措施：a.立

34、即停喂料机停止投料，同时停送风机和主风机。b.打开烟囱。c.关好各处阀门。d.巡回检查，做好随时开车的准备工作。34 炉气净化工艺341 净化的目的和指标在焙烧过程中硫铁矿中的As、Se 、F等元素转入炉气，以As2O3 SeO2 HF形态存在。As2O3和SeO2可使催化剂中毒而失活;HF腐蚀设备衬里和瓷环，使催化剂的载体SiO2 溶化成小块，造成粉化。细小矿尘会堵塞管道，增大系统阻力，覆盖催化剂表面，降低催化剂活性。炉气中的水蒸气与SO2形成酸雾，腐蚀管道和设备。炉气净化的目的是除去炉气中的杂质，为转化工序提供合格原料气。对于炉气净化指标我国暂行规定的标准（mgm-3）如下：水分100；尘

35、2；砷5；氟10；酸雾：一级降雾35，二级电降雾5。 342 净化的原理及设备根据炉气中杂质种类的特点，可用U形管除尘、旋风降尘、水洗（或酸洗）、电除尘、干燥等净化方法逐级进行分离。 粒径大于100um的矿尘，可依赖矿尘本身重力作用自然沉降分离或借助惯性力作用强制分离，可用直管或U形管来实施。旋风除尘可分离10100um的矿尘。利用离心力进行气体除尘的设备叫旋风分离器。旋风分离器结构简单，应用范围大，但获得高的除尘率需较大的气速，压力损耗大。对0.550um的矿尘，采用文氏管洗涤除尘。通常在文氏管后联接一旋风分离器，用以捕集矿尘的液滴从气体分离出来。文氏管结构简单，制造方便，分离效率高于旋风分

36、离器，缺点是气体通过的压力损失较大。电除尘(雾)是利用气流通过高压直流电场，使直径小于0.5um的矿尘沉积到带相反电荷的电极上，从而与气体分离。含尘气体从管侧部进入，通过两极时，气体分子被电离成正、负两种离子，并被异性电极吸引粘附到电极上而从管下部除掉，气体则从管子上部排出。电除尘器除尘效率高，气体阻力小，生产能力大，但投资较大。 343 净化流程粒径较大矿尘经旋风分离器除去，再用各种方法除去细粒矿尘和气态杂质。炉气净化流程分为湿法和干法两大类。湿法是用液体洗涤炉气.高温炉气(350400)使液相中水分气化，本身温度降低。当炉气降至190230时，转入气相的水与炉气夹带的蒸汽和炉气中SO3形成

37、硫酸蒸气；随炉气温度降低，炉气中As2O3和SeO2转化为微小结晶悬浮于气相中，形成As,Se和酸雾气溶胶体系。为提高除雾效率，需增大雾粒粒径。采用的方法是降温，同时辅以增湿，使雾粒吸收水分而长大。除热、除雾是湿法净化的两个主要途径。湿法流程按喷淋液的不同分为酸洗流程和水洗流程，前者可分为稀酸洗和浓酸洗两种，后者可分为文氏管水洗和塔式水洗两类。 典型的酸洗原则流程如下图所示，炉气经第一洗涤塔洗涤后，除去大部分矿尘，大部分的SO3及As2O3和SeO2转为酸雾,HF气体和小部分的As2O3和SeO2则冷凝到洗涤酸中；第二洗涤塔洗涤后，剩余矿尘及杂质进一步被清除；一级电除雾器中有95的酸雾被沉降除

38、掉。 wH2SO4=50%70% wH2SO4=20%30%一级电除雾器 第 二洗涤塔第 一洗涤塔 除尘后炉气除雾气二级电转化工序干燥塔增湿塔350400 7080 3040 wH2SO4=5% wH2SO4=93%91% 湿法制酸流程热量利用率低，工艺流程复杂, 设备投资大，消耗动力多，并产生污水。每生产1吨酸要排出1015m3的酸性污水。 干法净化是新发展的净化方法，其原则流程如图。布袋过滤器电除雾器旋风分离器转化工序炉气 干法流程简短，整个过程在高温下进行，热利用率高。无污酸、污水排出，减少了硫酸生产对环境的污染。其缺点是基本上不能除尽As, Se, F等杂质，不适于含As, Se, F

39、成分多的矿料。35 二氧化硫气体的转化工艺351 二氧化硫的催化氧化1二氧化硫的催化氧化理论基础 化学平衡 SO2 的氧化反应是一个有催化剂存在下进行的可逆、放热、体积缩小的反应。设混合物气体的总压为 p；a，b分别为起始状态混合气体中 SO2和 O2的摩尔分数，取lmol起始状态混合气体为衡算基准，当达到平衡时则：由上式知，降低温度、提高压力、增加氧含量有利于平衡转化率的提高。催化剂和反应动力学 SO2的氧化必须使O2键断裂，需要大量的能量。用催化剂来降低反应活化能加快反应速率。有催化作用如 Pt，V2O5，Cr2O3，Fe2O3及 CaO等。铂催化剂在低温下有很高的活性，价格贵，易中毒；C

40、r2O3，Fe2O3，CaO在高温下才具有显著的活性，在高温下 SO2的平衡转化率较低；V2O5的活性温度比其它氧化物低，抗毒能力又比Pt强。以V2O5为主体，SiO2为载体，以K2O或Na2O为促进剂的钒催化剂。载体SiO2用以分散和支持活性组分，加入促进剂K2O或Na2O。钒催化剂使用温度范围为430600。 SO2的氧化为气固相催化反应，由外扩散、内扩散和动力学过程组成。在反应初期和较高的温度下有内扩散阻滞现象，反应后期温度较低时是化学动力学控制。SO2催化氧化的动力学过程经历以下几个阶段：a氧分子被催化剂表面吸附，氧分子原子间的键被破坏；b被氧覆盖的催化剂表面吸附SO2分子；c催化剂表

41、面吸附态的SO2分子和氧原子进行表面反应，生成吸附态的SO3；d表面上生成的吸附态的SO3进行解吸。2二氧化硫催化氧化的工艺条件 最适宜温度SO2氧化的平衡转化率随温度升高而降低，氧化反应宜在低温下进行。决定反应速率有两方面因素，常数项如 k2和 Kc取决于温度浓度如Co2,CsO2,CsO3等取决于转化率。在低温范围内，由于Kc值很大，提高温度使k2值变大，速率是增大的。当温度提高到一定程度时，Kc值迅速下降，这时反应速率从最大值转而下降。适宜的炉气组成不论从热力学还是从动力学观点看，提高炉气中O2的浓度是有利的。炉气中O2浓度越大,SO2转化率越大，反应速率也越快。SO2浓度还与催化剂的用

42、量、转化器生产能力及生产总费用有关。最终转化率最终转化率越高原料利用率越高，也减轻了污染。转化率越高，反应速率就越低。最终转化率在97%98.5%之间，对生产成本的影响最小。目前最终转化率一般确定为97.7。36 三氧化硫的吸收工艺从转化工序来的转化气中SO3含量一般不超过10%。将转化气中SO3用硫酸吸收成产品酸；或者使之与水蒸气结合成硫酸蒸气，再冷凝为酸。前者为吸收成酸，后者是冷凝成酸。1吸收成酸吸收成酸是用硫酸水溶液吸收SO3。nSO3H2OH2SO4（n-l）SO3Q当n1时，生成发烟硫酸；n=1时，生成无水硫酸；n1时生成含水硫酸。用浓度为98.3的酸来吸收，效果最好。浓度低于98.

43、3的硫酸，液面上水蒸气分压大。SO3气体和水蒸气迅速结合成硫酸分子，生成的硫酸分子来不及溶解于水中。SO3与水蒸气化合成硫酸蒸汽的速率超过了硫酸分子被水吸收的速率而冷凝成酸雾。浓度高于 98.3的硫酸，则具有较大的SO3蒸汽压。浓度越高，SO3蒸汽压越大，吸收推动力越小。吸收速率低，而且不可能达到完全吸收，吸收率也低。只有浓度为 98.3的硫酸，在任何温度下，总蒸汽压最小。吸收SO3必须控制其温度。温度太高，硫酸中水分蒸发，与SO3气体结合成酸雾，使吸收率降低；温度过低，会使粘度增大，而降低传质系数和吸收速率，吸收酸温一般以4050为宜。2冷凝成酸冷凝成酸适用于转化气中含有水分的场合，这时气体

44、中的SO3与水蒸气结合成硫酸蒸汽：SO3（气）H2O（气）H2SO4(气)125kJ当H2SO4的蒸汽分压超过其饱和蒸汽压，凝成酸溶液：H2SO4（气）H2SO4（液）50.13 kJ吸收成酸为化学吸收过程，吸收剂为 98.3浓硫酸，操作温度较低，进塔气体温度一般控制在120200。冷凝成酸是一物理过程，用硫酸的浓度较低，如93、76，甚至水都可以，操作温度较高，一般转化气体进口温度保持在220400以上37 三废治理、能量回收及技术经济指标 （1）三废治理废渣主要是硫铁矿焙烧后的矿渣，含有氧化铁和残余的硫化亚铁，及少量铜、铅、锌、砷和微量元素钴，硒、锌、锗、银、金等。堆放日久受细菌作用氧化成

45、水溶性硫酸铁，污染水。废水主要是冷却水，除含有硫酸外，还含有砷、氟的化合物和贵重金属。废气的主要是吸收后排放的尾气，含有少量未转化的SO2和吸收的SO3及酸雾和水汽。我国1998年颁布的硫酸三废排放标准规定: 排放烟筒高30m时，SO2排放量不超过34kg/h，酸雾260mgm-3；废水允许排放浓度(mgL-1)硫化物为1.0，砷0.5，铅1.0，锌5.0，铜2.0，汞0.05，氟20。废渣利用的途径有：生产水泥的含铁原料；炼铁原料；提炼有色金属及贵金属；作石油钻井用的钒土加重剂；制砖、铺路等。废水治理大都采用石灰乳中和处理。石灰乳除中和污水的酸度、与污水中砷、氟起反应生成沉淀外，并能与酸泥中

46、的铁离子结合生成氢氧化铁。为减少和消除吸收尾气中SO2和SO3等的根本方法是提高SO2的转化率和SO3的吸收率。利用氨水吸收尾气中的SO2，副产亚硫酸铵。（2）能量利用生产1吨 100%硫酸，焙烧反应放热 4.4106 kJ， SO2氧化反应放热1106KJ，干燥和吸收放热1.8 106kJ，共计 7.2106kJ。硫酸生产的热量回收利用水平还很低，多限于高温位热量的回收，据统计仅为27.7kJ/t(硫酸)。寻求硫酸生产的余热回收利用的途径，仍是硫酸工业要解决的一个问题。（3）技术经济指标技术指标有设备生产能力、生产效率、设备利用率等；经济指标指消耗定额、生产成本和劳动生产率等。 下表为我国9

47、7年硫铁矿生产硫酸的主要技术经济指标耗硫铁矿（含硫35%）kg(硫铁矿)t-1()电 耗/kwh.t-1 (硫酸)水 耗/t(水).t-1 (硫酸)劳动生产率/ t（硫酸）人-1工厂成本/元t-1 (硫酸)1020.32115.1234.78355.01368.7硫焙烧出的分率,SO2炉气净化中硫的收率、SO2 转化为SO3的分率及SO3在吸收中生成硫酸的分率等,都会使硫的利用率降低.我国硫利用率仅91.18%,硫酸的成本就越高；三废的危害性越大，设备腐蚀亦越严重。4 工艺计算41 物料衡算年产8万吨硫酸的生产设计的工艺计算书一、原料矿砂的计算：1、每天生产硫酸量： 一年按300天,一天按24

48、小时:2、从培烧工段出来的二氧化硫需经过净化、转化、吸收几工段，它们的工艺效率分别为：净化率97%、转化率99.2%、吸收率99.95% 所以每小时从焙烧工段出来的二氧化硫量为 已知硫铁矿反应其中所需FeS2的质量因为进焙烧炉矿砂的主要成份是FeS2，干矿含硫35%，含水分5%。设每小时进炉的矿砂总量为X kg，则矿砂中绝干料的质量： 代入数据 得 所以原料矿砂量:二、沸腾炉焙烧的物料与能量衡算：设炉渣产量为：1、沸腾炉焙烧的物料衡算(以每小时为基准)a 矿砂带入水量：干矿砂量： b 炉渣及炉灰总量G。可根据原料及灰渣的含硫量进行衡算，由于焙烧温度较高，一般认为渣灰中未燃尽的硫以FeS形态存在

49、，若不考虑其他副反应，则有： 所以： 代入实测数据得：炉灰量：c原料矿砂中硫的烧出率.可推得d出口干炉气量VFNm3，可由炉气组成通过S衡算算出：e出口炉气带走灰量可由实测数据校核：实测值与计算值间的相对误差为：由于炉气含灰量实测误差也较大，采用计算值G4继续计算f 入炉空气量由N2平衡计算：由t=20，=70% , P=750mmHg,求出空气中水量,查得20下水的饱和蒸汽压P*=17.54mmHg,故进口空气中水气的体积分数为 实际入炉空气量: 其中水分含量为： g出口炉气水分量：2、沸腾炉焙烧的热量衡算：取0组分稳定态及液态水为基准。入方：a 矿砂待入热量（物理热或物理焓）Q1。查得20

50、时干矿砂的平均比热容为0.502KJ/(Kg.)，水的平均比热容为4.18 KJ/(Kg.)。b空气带入热量Q。分别取干空气与水的平均比热容为1.005与1.889KJ/(Kg.)，0下水的汽化潜热为2492KJ/kg.c FeS2燃烧放出热量Q。查得298K下标准摩尔生成热fHm;（KJ/mol）FeS2， -177.9 Fe2O3， -824.2SO2（g），-297.0 SO3（g）， -395.7的标准反应热为：则：故每燃烧1kgS放出的热量为：忽略与298k间反应热的差别，则：d SO2转化为SO3放出热量Q4。反应的标准摩尔反应热： 每生成1kmolSO3放出热量所以 入方热量总计

51、: 出方：e 炉渣带出热量Q5。取平均比热容为0.96KJ/(Kg.),炉渣出口温度近似取沸腾区温度850.f 出口炉气带走热量Q6（包括炉气，炉灰，水气）。查得0950下气体的平均等压热容，KJ/(Kg.) H2O 38.3SO250.27O2，33.1N2 32.1忽略SO3 的物理焓.则， g 炉体热损失.热损失可由加入热量的5%估计。损失热为反应热的35%，取5%。 h 冷却水夹套回收热量估算5 设备选型及工艺计算51 设备选型511 沸腾炉沸腾焙烧是流态化技术在冶金工业上的具体应用，为达到下一步冶金工序的要求，将物料进行氧化焙烧、半氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化焙烧或半硫酸化焙烧等作业的

52、热工设备。沸腾焙烧炉的工作原理是将空气从炉底送入，经空气分布器进入炉内，当空气以一定的流速自下而上地吹过颗粒状料层，整个料层在空气的搅动下，炉料粒子互相分离，并上下翻腾，只要风速不超过一定限度，炉料粒子就在一定的高度范围内处于悬浮状态，造成矿粒与气体接触的最好条件，使焙烧过程气固间热交换速度快，反应十分激烈，并且料层温度均匀。通过控制焙烧温度、炉料停留时间、鼓入不同成分的气体等措施，可实现不同目的的焙烧作业。沸腾焙烧炉产出焙砂质量好，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，因此在冶金工业中得到广泛应用。例如，锌精矿、铜精矿的氧化焙烧和硫酸化焙烧，金精矿、含钴硫铁精矿的硫酸化

53、焙烧，锡精矿的氧化焙烧，高钛渣的氯化焙烧，汞矿石焙烧，富镍冰铜氧化焙烧，镍精矿半氧化焙烧，含镍钴红土矿的加热和还原也利用沸腾炉进行生产。北京有色冶金设计研究总院开发的浆式进料沸腾焙烧炉，已于1992年成功地用于中原黄金冶炼厂大型工业生产。其优点在于省却了精矿干燥工序，避免了粉尘污染及精矿飞扬损失；焙烧温度易于调节；该岗位操作环保条件好。沸腾炉的缺点是烟尘率高，达到2055，给烟气净化处理增加复杂性。沸腾焙烧炉的操作温度一、焙烧温度的控制硫化金属矿物的焙烧是一放热过程，可以靠身的化学反应来维持所需的焙烧温度，并且热量有富余，需移去多余的热量。而沸腾焙烧炉的流态化特点是炉内物料激烈翻腾使沸腾层内各

54、点温度接近均匀，所以只要改变沸腾床局部工作条件，如在炉墙内侧装设冷却水套、床层内装设冷却水管或向床层喷水等措施，都可以起到调节整个床层温度的效果。这些措施不公可以方便地移去床层内多余的热量，并且控制也比较容易，因而沸腾焙烧炉可以应用于各种矿物不同目的的工艺操作。二、焙烧温度的选择沸腾层操作温度是根据不同的焙烧性质和入炉物料的化学成分而定，使焙烧过程处于最好的化学反应条件下进行。锌精矿硫酸化焙烧温度一般为820920；锌精矿氧化焙烧温度为9501100；铜精矿全氧化焙烧温度控制在750800；铜精矿半氧化焙烧温度控制在650750；铜精矿全酸化焙烧温度控制在620650；铜精矿半酸化焙烧温度控制

55、在650720沸腾焙烧炉结构一、炉体沸腾焙烧炉的炉体外壳一般由钢焊制而成，其内衬由耐火材料的构成，炉体结构比较简单，整个炉体可人成上中下三部分。上部是炉膛，它包括沸腾层段和上部焙烧空间段，整个炉膛用耐火材料砌筑成中空的焙烧室，各种精矿的沸腾焙烧过程，就在炉膛进行。中部是炉底气体分布装置，通常称作空气分布板，其作用是支承炉内物料并均匀分布气体。下部是风箱，其作用是尽可能使气体从风管进入风箱的气体动压头转变成静压均匀分布，因此风箱的容积必须足够大。二、炉体结构和耐火材料炉体不同部位的结构和使用的耐火材料分述如下：1底气体分布装置。炉底气体分布装置对炉内物料沸腾状态、增强气固接触、防止滞留起着关键的

56、作用，是焙烧炉正常生产很重要的部件。它必须满足下列要求：一能支承炉内物料；二能均匀分布气体并创造良好的起始流态化条件；三能抑制聚式流态化原生不稳定性的恶性引发。也就是要考虑气体从气体分布装置喷出的一瞬间的流型和湍流程度，创造一个良好的气固接触条件。在高温操作条件下，隔热层可保护花板不发生热变形或损坏，炉底花板由钢板制成，风帽由耐热铸铁或耐热合金钢制成，填隔热层一般厚度为230250。两种耐火材料组合成隔热层的上层抹面厚度为50100mm，隔热层材料配比见表1。表1沸腾焙烧炉气体分布板隔热材料的配比成分 配比/ 耐火浇注料 抹面砂浆 水玻璃（密度1.38g/cm3,模数2.62.8,为干料的百分

57、数） 17 25 耐火粘土粉（粒度0.088mm的不少于70） 23 29 硅氟酸钠（为水玻璃的百分数） 2 3 耐火粘土砂（0.155mm） 23 43 耐火粘土块（520mm） 35 单一耐火材料隔热层耐火浇注料，其组成材料及配比如下：矾土水泥1220，高铝矾土熟料粉（粒度小于0.088mm 要大于85）为015，高铝矾土熟料（粘度小于3mm的占15，粒度36mm的占20，粒度615mm占40）外加水812。2砖体。炉墙内衬一般采用耐迷迷糊糊粘土砖砌筑，近年来新建的大型沸腾炉采用高铝砖砌筑，在粘土砖或高铝砖外面，砌筑保温砖（硅藻土砖或高强经质粘土砖），在保温砖与炉壳钢板之间填充绝热材料（石

58、棉板、硅藻土）。3燃烧道砖体。沸腾焙烧炉沸腾层以上视炉膛直径大小设有14个燃料器，供烤炉和开炉加热料用，由于沸腾炉为圆柱形炉墙，而锥台形燃烧道要倾向沸腾层料面，使燃烧道砖体均为异型砖，给设计和制造带来很大困难，且每一砖型的用砖数量有限，因此多数设计均用铝酸盐水泥耐火浇注料在现场浇制，给砖块的设计、制造、现场施工都带来方便。4炉顶结构。沸腾焙烧炉球形炉顶采用耐火砖砌筑或耐火浇注料浇灌而成。耐火砖砌筑的球顶，球顶厚度常采用230mm、250mm或300mm，视炉膛直径大小而定，耐火砖砖形需根据球顶直径大小而配置若干种异型砖，搭配砌筑或按每环一个砖型砌筑，常用砖体材质为耐火粘土砖、硅藻土、矿渣棉、蛭石及膨胀珍珠岩等。耐火浇注料捣制成的炉顶，由于浇制炉顶的整体性较好，施工过程较简单，因此在中小型炉子上得到采用。浇注炉顶可采用整体式浇注，也可根据炉顶直径大小分