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沸腾炉的设计
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设计内容之三
第三章
沸腾焙烧炉的设计计算
由于热平衡计算中，在计算炉子的热损失时需要知道沸腾全部
炉壁与
炉顶的总表面积。
所以在热平衡计算之前应先沸腾炉主要尺寸
的计算。
3.1
、沸腾焙烧炉主体尺寸的计算
（一）沸腾焙烧炉单位生产率的计算
在计算沸腾炉炉床面积时，
本例题所采用的炉子单位生产率不按
生产
实践数字选取而是按理论公式（
6-2-1
）进行计算。
单位生产率
A=
（
6-2-
1
）
式中：
1440
——一天的分钟数；
——系数，介于
0.93-0.97
之间；
——单位炉料空气消耗量，
；
——最佳鼓风强度，
。
（
6-2-1
）式中只有
不知道，根据研究结果
=
（
1.2
～
1.4
）
k
（
6-2-2
）
式中，
k
——最低鼓风强度，
，根据理论
（
6-2-3
）
式中：
——物料间自由通道断面占总沸腾层断面的比率，一般介于
0.15-0.22
，对硫化物取
0.15
，对粒状物料如球粒取
0.22
；
0.15
——单位体积的鼓风量在炉内生成的炉气量，
-
——炉料的比重，
4000
；
——炉气重度，
= =1.429
；
——通过料层炉气的算术平均温度，
= =460
℃；
——物料粒子平均粒度，米。
根据已知精矿的粒度组成，精矿中大粒部分：
粒度
0.323
㎜
10%
（
33%
）
0.192
㎜
20%
（
67%
）
共计
30%
（
100%
）
=0.9
=0.9
（
0.67
×
0.192+0.33
×
0.323
）
=0.212
㎜
精矿中细粒部分：
粒度
0.081
㎜
35%
（
50%
）
0.068
㎜
35%
（
50%
）
共计
70%
（
100%
）
=0.9
=0.9
（
0.50
×
0.068+0.50
×
0.081
）
=0.067
㎜
对全部精矿：
大粒部分
0.212
㎜
30%
细粒部分
0.067
㎜
70% =
×
=0.32
物料粒子平均粒度按
经验公式计算，对混合料，
粒度根据小粒体积含量按下式计算：
平均
≤
0
．
415
时，
=5% +95%
=0.05
×
0.212+0.95
×
0.067=0.
074
㎜
=74
×
把上述数字代入（
6-2-3
）式：
< br>=
（
1.2
～
< br>1.4
）
k
，选用系数
1.2
，则
最佳鼓风强度
=1.2k=1.2<
/p>
×
7.403=8.884
现在就可以计算炉子的单位生产率：
A= =6.925
沸腾炉的单位生产率（床能力）与操作气
流速度有关，因此也可按
以
下公式计算求得：
A=
（
6-2-4
）
式中：
——操作气流速度，米
/
秒。
的大小与物料的流化性质和工艺条件、
物料颗粒大小等有关，
可
以根
据对
入炉物料实验测定的临界沸腾速度和颗粒带出速度来确定，
或
是参照同
类物料沸腾焙烧的实测数据选取。
锌精矿硫酸化沸腾焙烧
操作气流速度在
0.45-0.54
之间，这里选用
0.54
米
/
秒。则：
A= =6.059
此外，根据经验数据，
锌精矿硫酸化沸腾焙烧单位生产率一般在
5-6
之
间，取
6
与（
6-2-1
）、（
6-2-4
）的计算结果，三项求平均值，
并取整：
A=
=6.217
故取
A=7
进行计算。
二）沸腾焙烧炉炉床面积及主要尺寸的计算
1
、床面积计算
式中：
F
——沸腾焙烧炉炉床面积，
；
Q
——每日处理的锌精矿量，吨；
A
——沸腾焙烧炉单位生产率，
。
所以，
= =31.43
。
2
、沸腾焙烧炉炉型的选择
（
1
）床型
沸腾床有柱形和锥形床两种。
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。本设计采用柱形床。
沸腾床断面形状有圆形、矩形（或椭圆形）两种。
圆形断面的炉子，具
有炉体结构强度大、材料较省、散热较上、
空气分布均匀、沸腾均匀等优
点。但砌筑用砖型
较多，炉顶需用异形
砖。圆形断面的炉子，大、中、小均
适用。
矩形断面的炉子，炉体结构强度小，炉体四周沸腾不良；但砌筑
用砖型
简单。当炉床面积较小而又要求物料出口间有较大距离的
时
候，可采用矩形
或椭圆形断面的炉
子，有利于改善炉料料短路。
本设计中采用圆形断面。
（
2
）炉膛形状
炉膛形状有扩大型和直筒型两种。
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
大型炉膛。对于锌精
矿高温焙烧，由于温度高，矿尘易粘结在扩大段折角炉壁上，当
积灰塌
落时，易造成死炉。炉膛扩大部分炉腹角一般为
15-20
度；炉
膛直径与沸腾
层直径之比为
1.4-1.6
。
本设计中炉腹角和炉膛与沸腾层直径比值分别取
18
度和
1.4
。
3
、沸腾层高度与炉子总高的计算
沸腾层高度按以下（
6-2-7
）式计算
=
（
5-9
）
/F
（
6-2-7
）
式中：
——沸腾层最小容积，
；
F
——沸腾层面积，即
，
。
系数值的大小与沸腾炉大小、精矿化学
成分、粒度组成等有关。
随沸腾炉炉床面积、矿粒度、精矿含硫量的增加，
系数值可以取大一
些，这里取
9
。
=
（
6-2-8
）
式中：
Q
——每天处理的锌精矿量，吨；
——沸腾层中锌精矿的单位容积，
/
吨。在沸腾情况下，精矿
单位容
积大约增加到四倍，即
=4 =1 /
吨。
——为了保证焙烧完全，精矿在沸腾炉内必须停留的最少时
间，小
时。
=
（
4-5
）
/W
（
6-2-9
）
式中：
W
——焙烧速度，米
/
时；对锌精矿为
< br>0.0035-0.0070
米
/
时。
本设计题中，
=0.323
㎜；取
W=0.0035
米
/
时，则
=5
×
0.323
×
/0.0035=0.461
小时
则沸腾层高度为
=
< br>（
5-9
）
/F
=8
×
=1.11
米
≈
1.2
米
根据经验值，沸腾层高度一般在
0.9-1.3
米之间，计算结果符合
验算沸腾层高度：
因此，上述计算得
到
的沸腾层高度符合要求。
下面计算炉子主体各部分高度（参看参考图例）
：
：假定
+ =2.5
米
（
+
应稍大于前室高度
,
以便于修检
）
则
=2.5-1.2=1.3
米
:
根据几何知识
, =
按照前面的约定
,
取
20
度
, =1.4 =8.68
米
,
代入上式
,
得
=
（
8.68-6.2
）
×
cot20
°
/2=3.40
7
米
：
+ + =
其中，
=
（
10
～
< br>18
）
=18
×
31.43=565.74
= =3.1416
××
1.3/4=39.248
=
· ·
( + +R
r
·
)/3
式中
,R=8.68/2=.34
米
,r=6.2/2=3.1
米
,
则
=3.1416
×
3.407
×
( + +3.1
4
×
.34)/3
=149.490
= =59.174
则
=6.371
米
故
= + +
=1.3+3.047+6.371=11.078
米
= + =1.2+11.078=12.278
米
3.2
、风帽的设计计算
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